遠(yuǎn)程I/O的規(guī)模視機(jī)組大小而不同，一般在300～1000點(diǎn)之間，雖然所測量的并非都是十分重要的測點(diǎn)，但它直接反映現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，因此應(yīng)同樣引起我們的重視。
本文擬從遠(yuǎn)程I/O的可靠性、實(shí)時性、通信冗余等萬面談一下自己的看法，同時對國內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)品與DCS的通信方式作一個初步的比較。
一、國產(chǎn)遠(yuǎn)程I/O產(chǎn)品現(xiàn)狀
遠(yuǎn)程I/O一般情況下不單獨(dú)構(gòu)成系統(tǒng)，總是作為DCS的一個組成部分。集中式遠(yuǎn)程I/O一般以遠(yuǎn)程I/O站的形式出現(xiàn)，均為DCS一體化產(chǎn)品，相當(dāng)于一個遠(yuǎn)程DPU站，由于在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通信方式等方面和分布式遠(yuǎn)程I/O有著本質(zhì)的不同，因此本文對該方式不做過多的介紹。如無特別說明，以下部分所提到的遠(yuǎn)程I/O均指分布式遠(yuǎn)程I/O，簡稱RIO。
國產(chǎn)RIO從現(xiàn)場前端的接口方式區(qū)分，主要有RS485、CAN和自定義非標(biāo)接口三種方式。現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議同樣分為標(biāo)準(zhǔn)MODBUS/RTU和不開放的廠家自定義協(xié)議兩大類。與此相對應(yīng)，遠(yuǎn)程I/O與DCS系統(tǒng)的通信分為兩種方式。一種是直接通信方式，即遠(yuǎn)程I/O的前端直接和DCS系統(tǒng)相連，成為DCS的一個有機(jī)組成部分;另一種則是間接通信方式，即遠(yuǎn)程I/O先構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)后再通過協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊與DCS系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。
目前，能夠?qū)崿F(xiàn)直接通信的RIO產(chǎn)品以IDCB/DR系列前端為代表，該系列前端同時也是采用雙串口CPU并支持雙MODBUS總線的RIO產(chǎn)品，其它RIO產(chǎn)品到目前為止則大多采用間接通信方式實(shí)現(xiàn)與DCS系統(tǒng)的通信。
二、RIO與DCS直接通信方式簡介
RIO與DCS直接通信方式示意圖如圖1。
該方式要求現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)必須采用DCS系統(tǒng)能夠直接支持的總線標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，同時波特率必須和DCS系統(tǒng)的接口設(shè)備相匹配。在可行的方案中，通常采用的方式是:"RS485網(wǎng)絡(luò)、MODBUS協(xié)議RTU方式、9.6-115.2k波特率"以和DCS提供的RS232或RS485接口進(jìn)行通信。和間接通信方式相比，該方式的特點(diǎn)是減少了前端和轉(zhuǎn)換裝置之間進(jìn)行通信的附加環(huán)節(jié)(不論這個環(huán)節(jié)通信波特率是高還是低)，因而實(shí)時性較好、降低了成本、并減少了故障點(diǎn)和維護(hù)量，在經(jīng)濟(jì)性、實(shí)時性和可靠性等方面都比較有利，是遠(yuǎn)程I/O與DCS系統(tǒng)通信時較為理想的方式之一。
三、RIO與DCS間接通信方式簡介
RIO與DCS間接通信方式示意圖如圖2。
在現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的接口和協(xié)議無法滿足DCS系統(tǒng)的通信要求時，必須增加協(xié)議轉(zhuǎn)換器才能實(shí)現(xiàn)與DCS系統(tǒng)的通信。協(xié)議轉(zhuǎn)換器的作用是:周期性地通過通信獲取現(xiàn)場各臺前端的數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)格化處理，再通過標(biāo)準(zhǔn)接口和MODBUS協(xié)議與DCS進(jìn)行通信。
協(xié)議轉(zhuǎn)換器有時也稱"××模塊"，其實(shí)質(zhì)是為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)和DCS系統(tǒng)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。
四、兩種通信方式的比較
1.兩種方式的相同點(diǎn)
(1)現(xiàn)場部分都是采用分布式串行數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省電纜，易于安裝。
(2)與DCS的最終接口都是標(biāo)準(zhǔn)串口(RS232或RS485)，并且采用相同的協(xié)議: MODBUS協(xié)議RTU方式。
2.區(qū)別
從示意圖中可以看出，兩種方式的主要區(qū)別在于間接通信方式比直接通信方式多了一道環(huán)節(jié)，并因此帶來了諸多不同。以下就幾個主要方 面對兩種方式進(jìn)行比較。
(1)可靠性
采用直接通信方式時，只要現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)正常，且DCS的接口部件正常工作，則遠(yuǎn)程I/O前端就可以很可靠地實(shí)現(xiàn)與DCS系統(tǒng)的通信，周期性地將最新數(shù)據(jù)送入DCS中，供進(jìn)一步處理和顯示。
而在采用間接通信方式時，因增加了一道中間環(huán)節(jié)，對通信的可靠性將產(chǎn)生不利影響，無論轉(zhuǎn)換器因何種原因出現(xiàn)故障(如電源故障、硬件故障、軟件故障、死機(jī)、接口故障等)，均將導(dǎo)致通信失敗。而直接通信方式則不存在這些問題。
對于采用國際標(biāo)準(zhǔn)的接口電路，接口器件的可靠性有著充分的保證，實(shí)際現(xiàn)場應(yīng)用情況也證明了這一點(diǎn)。
另外，在采用直接通信方式時，由于DCS直接控制現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的通信，可以隨時掌握現(xiàn)場每個從站即現(xiàn)場前端的工作狀態(tài)。
顯然，直接通信方式的可靠性優(yōu)于間接通信方式。
(2)實(shí)時性
首先必須清楚一個概念，即遠(yuǎn)程I/O的實(shí)時性應(yīng)該主要體現(xiàn)在自現(xiàn)場信號變化后反映到DCS系統(tǒng)人機(jī)界面或數(shù)據(jù)庫內(nèi)的時間長短，而不是單純的底層網(wǎng)絡(luò)的通信速率。
還必須清楚，如果現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)和DCS系統(tǒng)的通信由兩個時間段組成，則最終的通信速率是要比兩個時間段中較慢的一個環(huán)節(jié)還要慢的，因?yàn)閮啥螘r間的總和肯定要大于其中的任何一個時間段。任何通過間接方式實(shí)現(xiàn)與DCS系統(tǒng)通信的RIO產(chǎn)品所標(biāo)稱的現(xiàn)場通信速率，決不等同于系統(tǒng)的整體速率。
直接和間接通信方式時的通信過程示意圖如圖3。從圖3可以看出，直接通信方式時的數(shù)據(jù)處理以及與DCS通信時所必須的接口和協(xié)議等功能已在前端內(nèi)部直接實(shí)現(xiàn)，因而不再需要中間轉(zhuǎn)換裝置，其與DCS系統(tǒng)通信的時間基本上相當(dāng)于間接通信方式中轉(zhuǎn)換模塊與DCS通信的時間(因兩者的協(xié)議和波特率是相同的)，而省去了現(xiàn)場前端和轉(zhuǎn)換器之間進(jìn)行通信所花的時間。也就是說，無論間接通信方式中的前端與轉(zhuǎn)換器之間 采用何種通信、也無論其速度快慢與否，和直接通信方式比較起來都是要多花時間的。
顯然，在實(shí)時性方面，直接通信方式有著很大的優(yōu)勢。
(3)冗余性
目前，除采用CAN總線作為現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)接口的產(chǎn)品外，大部分RIO產(chǎn)品都支持網(wǎng)絡(luò)冗余。但是，不同的冗余方式之間存在著較大的差別，主要區(qū)別在于是介質(zhì)的冗余還是接口的冗余。
對于介質(zhì)冗余，雖然現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)可以連接為兩個網(wǎng)(即兩條通信線)，但由于前端內(nèi)的CPU只有一個UART(全局串行通道，簡稱串行口)，因此在任何時刻均只能有一個網(wǎng)處于工作狀態(tài)，通信冗余受到限制。而接口冗余則要求前端內(nèi)的CPU必須具備兩個獨(dú)立并且可同時工作的UART，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)后，主站在需要時可以同時通過兩條網(wǎng)絡(luò)線與前端進(jìn)行通信。
目前，除IDCB/DR系列前端采用雙串口CPU實(shí)現(xiàn)了接口冗余外，其它同類產(chǎn)品的現(xiàn)場部分大都為介質(zhì)冗余方式，且現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)通信和網(wǎng) 絡(luò)冗余的實(shí)現(xiàn)只能由自己的轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行，然后再與DCS系統(tǒng)通信。由于這種中間設(shè)備是單一的，如果出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，因 此最多只能稱為部分冗余。
另外，由于直接通信方式時不需要中間環(huán)節(jié)，因此減少了一個故障點(diǎn)，降低了成本，又減少了設(shè)備所占用的空間，同時減少了投運(yùn)后的維護(hù)量。
經(jīng)過上述三方面的比較，總體來講，可以肯定地說，在DCS作為最終的監(jiān)控系統(tǒng)的前提下，采用直接通訊方式(比如IDCB/DR系列前端)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程I/O與DCS的"開放、透明、無縫"通信比較有利。
五、有關(guān)RIO產(chǎn)品通信速率的誤區(qū)
在RIO與DCS進(jìn)行通信時，與速率有關(guān)的概念較多，容易引起混淆，以下是用戶容易產(chǎn)生誤解的幾個方面:
(1)在間接通信方式時，現(xiàn)場速率不等于系統(tǒng)速率，因?yàn)樽罱K的通信速度取決于與DCS的接口、協(xié)議和波特率，不論現(xiàn)場速率如何，系統(tǒng)的整體通信速率都不會高于轉(zhuǎn)換器與DCS之間的通信速率。
(2)有的RIO產(chǎn)品將1.2M或2.5M作為現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的通信速率上限，此時其通信距離受到限制，一般無法在現(xiàn)場長距離按此速率進(jìn)行通信，實(shí)際通信速率多為產(chǎn)品的通信速率下限。
(3)考慮系統(tǒng)的實(shí)時性時，總的時間周期應(yīng)該是"信號測量時間+通信時間"，必須將信號測量時間考慮在內(nèi)。
六、遠(yuǎn)程I/O的發(fā)展趨勢
目前，除了RS485/232、MODBUS成為遠(yuǎn)程I/O和DCS通信時事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)以外，國產(chǎn)遠(yuǎn)程I/O產(chǎn)品在其它方面均是各不相同，沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。從用戶的角度講，當(dāng)然希望所有的產(chǎn)品都是"開放、透明"并標(biāo)準(zhǔn)化的。隨著現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展及其底層器件的不斷推出和完善，相信遠(yuǎn)程I/O必將逐步走向現(xiàn)場總線的道路，標(biāo)準(zhǔn)化、開放化是其必然的趨勢。
（轉(zhuǎn)載）
