一种基于多种通讯方式融合的DCS通讯系统的制作方法

一种基于多种通讯方式融合的dcs通讯系统
技术领域
1.本技术涉及工业通讯领域，尤其涉及一种基于多种通讯方式融合的dcs通讯系统。


背景技术：

2.随着工业企业的不断发展，工业企业厂区内的设备不断增加，为此，需要对厂区内设备进行监控，即通过控制系统与工业企业厂区中各设备通讯连接的方式，监控工业企业厂区中各设备。
3.为了监控工业企业厂区中各设备，现有技术通过工业以太网，采用tcp/ip协议进行数据传输，实现控制器与工业企业厂区中各设备的通讯。
4.然而，工业企业厂区中设备的生产时间通常相隔较长，导致工业企业厂区中各设备所支持的通讯方式不统一以及工业企业厂区中各设备与控制系统的通讯不兼容，且工业企业厂区中各设备与控制系统距离较远，易产生信号干扰，导致无法监控工业企业厂区中全部设备，且对可监控的工业企业厂区中设备的监控可靠性较低。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种基于多种通讯方式融合的dcs通讯系统，以解决无法监控工业企业厂区中全部设备，且对可监控的工业企业厂区中设备的监控可靠性较低的技术问题。
6.为了解决上述技术问题，本技术实施例公开了如下技术方案：
7.第一方面，本技术实施例公开了一种基于多种通讯方式融合的dcs通讯系统，包括上位机、dcs控制器、dcs通讯模块、第一光电转换器、第二光电转换器、交换机、第一工业数采网关、第一空压机控制器、第二空压机控制器、第三空压机控制器、第一氧气报警仪主机、第二氧气报警仪主机和气象微站控制器，上位机内置监控平台，其中，
8.dcs通讯模块与dcs控制器、第一空压机控制器、第三空压机控制器、第一氧气报警仪主机、第二氧气报警仪主机和气象微站控制器通讯连接，dcs通讯模块通过第一工业数采网关与第二空压机控制器通讯连接；
9.dcs控制器与第一光电转换器通讯连接，第一光电转换器与第二光电转换器通讯连接，第二光电转换器通过交换机与上位机通讯连接；
10.监控平台与dcs通讯模块、第一空压机控制器、第二空压机控制器、第三空压机控制器、第一氧气报警仪主机、第二氧气报警仪主机和气象微站控制器均通讯连接。
11.可选的，还包括第二工业数采网关和应急管理局服务器，上位机还包括第一网卡和第二网卡，上位机还内置opc系统，
12.第二光电转换器通过交换机与第一网卡通讯连接，第一网卡与监控平台通讯连接，监控平台与opc系统通讯连接，opc系统与第二网卡通讯连接，第二网卡通过第二工业数采网关与应急管理局服务器通讯连接。
13.可选的，还包括第一空压机寄存器、第二空压机寄存器、第三空压机寄存器、第一氧气报警仪寄存器、第二氧气报警仪寄存器和气象微站寄存器，监控平台与第一空压机寄
存器、第二空压机寄存器、第三空压机寄存器、第一氧气报警仪寄存器、第二氧气报警仪寄存器和气象微站寄存器均通讯连接。
14.可选的，还包括氧气浓度仪表，第一氧气报警仪主机和第二氧气报警仪主机均与多个氧气浓度仪表相连接。
15.可选的，还包括温度仪表、湿度仪表和风速仪表，气象微站控制器与温度仪表、湿度仪表和风速仪表均相连接。
16.可选的，第一空压机控制器和第三空压机控制器的波特率均为波特，dcs通讯模块通过屏蔽双绞线与第一空压机控制器和第三空压机控制器通讯连接。
17.可选的，第二空压机控制器通过超五类网线与第一工业数采网关通讯连接，第一工业数采网关通过屏蔽双绞线与dcs通讯模块通讯连接。
18.可选的，第一工业数采网关为tcp/ip协议转modbus协议工业数采网关。
19.本技术的有益效果为：
20.本技术实施例提供的一种基于多种通讯方式融合的dcs通讯系统，包括上位机、dcs控制器、dcs通讯模块、第一光电转换器、第二光电转换器、交换机、第一工业数采网关、第一空压机控制器、第二空压机控制器、第三空压机控制器、第一氧气报警仪主机、第二氧气报警仪主机和气象微站控制器，上位机内置监控平台，dcs通讯模块与dcs控制器、第一空压机控制器、第三空压机控制器、第一氧气报警仪主机、第二氧气报警仪主机和气象微站控制器通讯连接，dcs通讯模块通过第一工业数采网关与第二空压机控制器通讯连接；dcs控制器与第一光电转换器通讯连接，第一光电转换器与第二光电转换器通讯连接，第二光电转换器通过交换机与上位机通讯连接；监控平台与dcs通讯模块、第一空压机控制器、第二空压机控制器、第三空压机控制器、第一氧气报警仪主机、第二氧气报警仪主机和气象微站控制器均通讯连接。监控平台采用不同通讯协议实现与工业企业厂区中不同设备的通讯，通过modbus协议与tcp/ip协议结合的方式，提高了通讯可靠性，使工业企业厂区中各设备均接入至dcs控制器，实现了设备的集中监控；dcs控制器与dcs通讯模块之间的通讯采用了dp冗余通讯，dcs控制器与上位机之间采用冗余网络的方式，且采用了光电转换器和交换机，提高了信息传输的速度、延长了传输距离，保障了通讯的可靠性，进而降低了工业网络负荷与延时，提高了信号传输效率与稳定性；对采用modbus协议与dcs通讯模块通讯的所有设备，进行了针对性配置，应用报文优先级技术，提高传输的实时性。
21.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本技术实施例提供的一种基于xml的通用功能配置系统的局部结构示意图；
24.图2为本技术实施例提供的另一种基于xml的通用功能配置系统的局部结构示意图；
25.图3为本技术实施例提供的另一种基于xml的通用功能配置系统的局部结构示意
图；
26.图4为本技术实施例提供的另一种基于xml的通用功能配置系统的局部结构示意图；
27.图5为本技术实施例提供的modbus协议的流程示意图；
28.其中：
29.1-上位机、101-监控平台、102-opc系统、103-第一网卡、104-第二网卡、2-dcs控制器、3-dcs通讯模块、4-第一光电转换器、5-第二光电转换器、6-交换机、7-第一工业数采网关、8-第二工业数采网关、9-第一空压机控制器、10-第二空压机控制器、11-第三空压机控制器、12-第一氧气报警仪主机、13-第二氧气报警仪主机、14-气象微站控制器、15-应急管理局服务器、16-第一空压机寄存器、17-第二空压机寄存器、18-第三空压机寄存器、19-第一氧气报警仪寄存器、20-第二氧气报警仪寄存器、21-气象微站寄存器、22-氧气浓度仪表、23-温度仪表、24-湿度仪表、25-风速仪表。
具体实施方式
30.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
31.参见图1、图2、图3和图4，本技术实施例提供的一种基于多种通讯方式融合的dcs通讯系统，包括上位机1、dcs控制器2、dcs通讯模块3、第一光电转换器4、第二光电转换器5、交换机6、第一工业数采网关7、第一空压机控制器9、第二空压机控制器10、第三空压机控制器11、第一氧气报警仪主机12、第二氧气报警仪主机13和气象微站控制器14，上位机1内置监控平台101。
32.在一些实施例中，监控平台101可选为和利时macs 6.5.4与和利时hiacomm平台，提供了专门的多语言开发环境，运行于windows 10系统。
33.dcs通讯模块3与dcs控制器2、第一空压机控制器9、第三空压机控制器11、第一氧气报警仪主机12、第二氧气报警仪主机13和气象微站控制器14通讯连接，dcs通讯模块3通过第一工业数采网关7与第二空压机控制器10通讯连接；dcs控制器2与第一光电转换器4通讯连接，第一光电转换器4与第二光电转换器5通讯连接，第二光电转换器5通过交换机6与上位机1通讯连接。
34.参见图1，当各设备所处厂区为化工行业厂区时，按照行业规范，上位机1所处的控制室距离dcs通讯模块3和dcs控制器2所处的dcs室距离远，上位机1与dcs控制器2采用了光纤的方式进行通讯，具有传输距离长、速度快的特点。在dcs室内设置第一光电转换器4，在控制室内设置第二光电转换器5，以对电信号与光信号进行转换。在dcs室内dcs通讯模块3和dcs控制器2之间的通讯采用了dp冗余通讯，dcs室内dcs控制器2与控制室内的上位机1也采用了冗余网络的方式大大提高了网络通讯的稳定性，控制室包括工程师站和操作员站。
35.参见图2，上位机1通过交换机6、第二光电转换器5、与第二光电转换器5通讯连接的第一光电转换器4与dcs控制器2通讯连接，通过与dcs控制器2通讯连接的dcs通讯模块3
与第一空压机控制器9和第三空压机控制器11通讯连接；上位机1通过交换机6、第二光电转换器5、与第二光电转换器5通讯连接的第一光电转换器4与dcs控制器2通讯连接，通过与dcs控制器2通讯连接的dcs通讯模块3、与dcs通讯模块3通讯连接的第一工业数采网关7与第二空压机控制器10通讯连接，实现了对第一空压机控制器9、第二空压机控制器10和第三空压机控制器11的远程监控。
36.在一些实施例中，第一工业数采网关7为tcp/ip协议转modbus协议工业数采网关。
37.在一些实施例中，第一空压机控制器9和第三空压机控制器11的波特率均为9600波特，dcs通讯模块3通过屏蔽双绞线与第一空压机控制器9和第三空压机控制器11通讯连接。
38.在一些实施例中，第二空压机控制器10通过超五类网线与第一工业数采网关7通讯连接，第一工业数采网关7通过屏蔽双绞线与dcs通讯模块3通讯连接。
39.参见图2，第一空压机控制器9、第二空压机控制器10和第三空压机控制器11均可选为西门子s-300的plc，在dcs通讯模块3与第一空压机控制器9、第二空压机控制器10和第三空压机控制器11的通讯中采用了modbus串口通讯和tcp/ip以太网通讯。第一空压机控制器9和第三空压机控制器11采用了modbus协议，采用了串行总线的方式进行通讯。将第一空压机控制器9和第三空压机控制器11作为单独的两个从站，分别连接到dcs通讯模块3，dcs通讯模块3可选为和利时k系列通讯模块，且可接入多个从站。第一空压机控制器9和第三空压机控制器11与dcs通讯模块3的连接线路均避免了与电源线相邻，线缆采用了带屏蔽的双绞线，波特率可选为9600波特，降低了干扰。
40.当第二空压机控制器10位置采用modbus协议存在干扰问题时，采用了tcp/ip协议与dcs通讯模块3进行通讯，由于dcs通讯模块3不支持直接采用tcp/ip协议，通过tcp/ip转modbus的第一工业数采网关7，用超五类网线由第二空压机控制器10连接至dcs室内的第一工业数采网关7，再从第一工业数采网关7采用屏蔽双绞线连接至dcs通讯模块3，并进行modbus通讯的相关配置。
41.参见图3，在一些实施例中，本技术实施例提供的一种基于多种通讯方式融合的dcs通讯系统还包括氧气浓度仪表22，第一氧气报警仪主机12和第二氧气报警仪主机13均与多个氧气浓度仪表22相连接。
42.在一些实施例中，本技术实施例提供的一种基于多种通讯方式融合的dcs通讯系统还包括温度仪表23、湿度仪表24和风速仪表25，气象微站控制器14与温度仪表23、湿度仪表24和风速仪表25均相连接。
43.上位机1通过交换机6、第二光电转换器5、与第二光电转换器5通讯连接的第一光电转换器4与dcs控制器2通讯连接，通过与dcs控制器2通讯连接的dcs通讯模块3与第一氧气报警仪主机12、与第一氧气报警仪主机12通讯连接的一个或多个氧气浓度仪表22、第二氧气报警仪主机13、与第二氧气报警仪主机13通讯连接的一个或多个氧气浓度仪表22通讯连接，实现了对各氧气浓度仪表22所处的监控点氧气浓度的采集。
44.为了保证化工行业厂区中氧气厂安全运行的要求，厂区内安装了多个氧气浓度仪表22，为了避免将多个氧气浓度仪表22连接至dcs通讯模块3的过多工作量，在厂区内设置第一氧气报警仪主机12和第二氧气报警仪主机13，第一氧气报警仪主机12和第二氧气报警仪主机13通过硬线与分布在厂区各位置的氧气浓度仪表22进行连接。
45.第一氧气报警仪主机12可选为连接27个氧气浓度仪表22，第二氧气报警仪主机13可选为连接17个氧气浓度仪表22，第一氧气报警仪主机12和第二氧气报警仪主机13通过modbus协议的方式与dcs通讯模块3进行数据通讯。在网络布置的过程中，走独立电缆桥架，降低了干扰因素，采用高波特率快速通过。
46.气象微站在原理上与氧气报警仪通讯方法一致。
47.上位机1通过交换机6、第二光电转换器5、与第二光电转换器5通讯连接的第一光电转换器4与dcs控制器2通讯连接，通过与dcs控制器2通讯连接的dcs通讯模块3与气象微站控制器14、与气象微站控制器14通讯连接的一个或多个温度仪表23、与气象微站控制器14通讯连接的一个或多个湿度仪表24、与气象微站控制器14通讯连接的一个或多个风速仪表25通讯连接，实现了对气象微站所在氧气厂区域气象数据的采集。
48.在一些实施例中，上位机1还通过交换机6、第二光电转换器5、与第二光电转换器5通讯连接的第一光电转换器4与dcs控制器2通讯连接，通过与dcs控制器2通讯连接的dcs通讯模块3与压氮机控制箱内单板机控制系统通讯连接，实现了对压氮机的远程监控。
49.监控平台101与dcs通讯模块3、第一空压机控制器9、第二空压机控制器10、第三空压机控制器11、第一氧气报警仪主机12、第二氧气报警仪主机13和气象微站控制器14均通讯连接，以对dcs通讯模块3进行组态，对采用modbus协议进行通讯的第一空压机控制器9、第二空压机控制器10、第三空压机控制器11、第一氧气报警仪主机12、第二氧气报警仪主机13和气象微站控制器14进行相关参数的设置，相关参数包括波特率和地址。
50.在一些实施例中，dcs通讯模块3与第一空压机控制器9、第二空压机控制器10和第三空压机控制器11的配置参数包括modbus主/从模式、modbus从站站地址、modbus通信波特率、modbus传输格式、校验位、等待回答超时时间、轮询间隔时间、通信失败后重发次数、数据更新方式、停止位和用户据参数保留字节。
51.在一些实施例中，本技术实施例提供的一种基于多种通讯方式融合的dcs通讯系统还包括第一空压机寄存器16、第二空压机寄存器17、第三空压机寄存器18、第一氧气报警仪寄存器19、第二氧气报警仪寄存器20和气象微站寄存器21，监控平台101与第一空压机寄存器16、第二空压机寄存器17、第三空压机寄存器18、第一氧气报警仪寄存器19、第二氧气报警仪寄存器20和气象微站寄存器21均通讯连接，以对采集数据的各设备寄存器地址进行编辑与处理。其中，各设备包括第一空压机、第二空压机、第三空压机、第一氧气报警仪、第二氧气报警仪、气象微站和压氮机。
52.对第一空压机控制器9、第二空压机控制器10、第三空压机控制器11中通讯数据的读写配置，包括modcus协议常用功能代码和modbus rtu报文格式地址的配置。dcs读写第一空压机控制器9、第二空压机控制器10、第三空压机控制器11数据，系统以dcs通讯模块3为核心构成通信主站，由dcs通讯模块3对第一空压机控制器9、第二空压机控制器10、第三空压机控制器11的控制数据进行读取，由03h功能码进行信息写入。系统信息寄存器地址位起始点为40001h，由04h功能码进行信息读取，相应的寄存器地址位起始点为30001h。
53.根据不同设备通讯数据量和通讯速率要求的不同，监控平台101对各设备的相关参数进行设置，通过modbus协议与tcp/ip协议结合的方式，提高了通讯可靠性，实现了各设备与dcs通讯模块3稳定通讯，使工业企业厂区中各设备均接入至dcs控制器，实现了各设备的集中监控，且各设备与dcs通讯模块3的通讯独立性强，避免了各设备之间的相互干扰，为
后续的运行维护过程中提供了便利。
54.在一些实施例中，本技术实施例提供的一种基于多种通讯方式融合的dcs通讯系统还包括第二工业数采网关8和应急管理局服务器15，上位机1还包括第一网卡103和第二网卡104，上位机1内置监控平台101和opc系统102，第二光电转换器5通过交换机6与第一网卡103通讯连接，第一网卡103与监控平台101通讯连接，监控平台101与opc系统102通讯连接，opc系统102与第二网卡104通讯连接，第二网卡通过第二工业数采网关8与应急管理局服务器15通讯连接，以对opc系统102进行配置，通过opc系统102从监控平台101中采集数据，再通过数据转发软件将数据打包，通过第二工业数采网关8将打包后的数据上传至应急管理局服务器15。
55.针对上传指定数据至应急管理局的要求，采用了opc系统102与第二工业数采网关8相结合的方式，无需使上位机1连接外网，无需新增电脑，实现了内网与外网隔离，既保护了本技术实施例提供的一种基于多种通讯方式融合的dcs通讯系统的安全性，又降低了成本。
56.参见图4，由于国家对企业的管理措施越来越完善，厂区内部分数据需实时上传至应急管理局服务器15。opc系统102可选为和利时opc server软件，且可选为安装在上位机1，且可选为安装在控制室的工程师站内。
57.上位机1配置为双网卡，第一网卡103与监控平台101通讯连接，第二网卡104与第二工业数采网关8连接，第二工业数采网关8可选为双网卡工业数采网关。
58.第一网卡103与第二网卡104内置防火墙，提高了安全性。
59.参见图5，在一些实施例中，通信网络以工业控制构架为基础，串口通讯信道地址范围为1～247，能充分满足工业控制过程的通信需求。串口通讯双向信息传递执行modbus协议。这种通信协议模式由个体设备查询与系统广播查询功能构成，个体设备查询过程中需要获取设备的回应信息才算完成通信，而系统广播查询则仅需完成信息的传达即可。
60.其中，主设备可选为dcs通讯模块3，从设备可选为第一空压机寄存器16、第二空压机寄存器17、第三空压机寄存器18、第一氧气报警仪寄存器19、第二氧气报警仪寄存器20、气象微站寄存器21和压氮机寄存器。
61.由上述实施例可知，监控平台采用不同通讯协议实现与工业企业厂区中不同设备的通讯，通过modbus协议与tcp/ip协议结合的方式，提高了通讯可靠性，使工业企业厂区中各设备均接入至dcs控制器，实现了设备的集中监控；dcs控制器与dcs通讯模块之间的通讯采用了dp冗余通讯，dcs控制器与上位机之间采用冗余网络的方式，且采用了光电转换器和交换机，提高了信息传输的速度、延长了传输距离，保障了通讯的可靠性，进而降低了工业网络负荷与延时，提高了信号传输效率与稳定性；对采用modbus协议与dcs通讯模块通讯的所有设备，进行了针对性配置，应用报文优先级技术，提高传输的实时性。
62.由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。
63.需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在
涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
64.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本技术的其他实施方案。本技术旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本技术的一般性原理并包括本技术未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本技术的真正范围和精神由权利要求的内容指出。
65.以上所述的本技术实施方式并不构成对本技术保护范围的限定。