随着国民经济的发展，目前我国各地火力发电厂的建设正以前所未有的速度向前推进，其中最近两年新投运和在建工程中有60%左右的机组采用了国产远程I/O装置，主要用途是实现对锅炉、汽机、发电机及辅机的温度信号检测并以串行数字通信的方式与DCS系统进行通信。
       远程I/O的规模视机组大小而不同，一般在300～1000点之间，虽然所测量的并非都是十分重要的测点，但它直接反映现场设备的运行状态，因此应同样引起我们的重视。
        本文拟从远程I/O的可靠性、实时性、通信冗余等万面谈一下自己的看法，同时对国内现有产品与DCS的通信方式作一个初步的比较。
一、国产远程I/O产品现状
       远程I/O一般情况下不单独构成系统，总是作为DCS的一个组成部分。集中式远程I/O一般以远程I/O站的形式出现，均为DCS一体化产品，相当于一个远程DPU站，由于在网络结构、通信方式等方面和分布式远程I/O有着本质的不同，因此本文对该方式不做过多的介绍。如无特别说明，以下部分所提到的远程I/O均指分布式远程I/O，简称RIO。
       国产RIO从现场前端的接口方式区分，主要有RS485、CAN和自定义非标接口三种方式。现场网络的通信协议同样分为标准MODBUS/RTU和不开放的厂家自定义协议两大类。与此相对应，远程I/O与DCS系统的通信分为两种方式。一种是直接通信方式，即远程I/O的前端直接和DCS系统相连，成为DCS的一个有机组成部分;另一种则是间接通信方式，即远程I/O先构成网络后再通过协议转换模块与DCS系统交换数据。
       目前，能够实现直接通信的RIO产品以IDCB/DR系列前端为代表，该系列前端同时也是采用双串口CPU并支持双MODBUS总线的RIO产品，其它RIO产品到目前为止则大多采用间接通信方式实现与DCS系统的通信。
二、RIO与DCS直接通信方式简介
       RIO与DCS直接通信方式示意图如图1。
      
       该方式要求现场网络必须采用DCS系统能够直接支持的总线标准和协议，同时波特率必须和DCS系统的接口设备相匹配。在可行的方案中，通常采用的方式是:"RS485网络、MODBUS协议RTU方式、波特率"以和DCS提供的RS232或RS485接口进行通信。和间接通信方式相比，该方式的特点是减少了前端和转换装置之间进行通信的附加环节(不论这个环节通信波特率是高还是低)，因而实时性较好、降低了成本、并减少了故障点和维护量，在经济性、实时性和可靠性等方面都比较有利，是远程I/O与DCS系统通信时较为理想的方式之一。
三、RIO与DCS间接通信方式简介
       RIO与DCS间接通信方式示意图如图2。
      
       在现场网络的接口和协议无法满足DCS系统的通信要求时，必须增加协议转换器才能实现与DCS系统的通信。协议转换器的作用是:周期性地通过通信获取现场各台前端的数据，然后对数据进行规格化处理，再通过标准接口和MODBUS协议与DCS进行通信。
       协议转换器有时也称"××模块"，其实质是为了实现现场网络和DCS系统之间的协议转换。
四、两种通信方式的比较
    1.两种方式的相同点
    (1)现场部分都是采用分布式串行数字通信网络，节省电缆，易于安装。
    (2)与DCS的最终接口都是标准串口(RS232或RS485)，并且采用相同的协议: MODBUS协议RTU方式。
    2.区别
    从示意图中可以看出，两种方式的主要区别在于间接通信方式比直接通信方式多了一道环节，并因此带来了诸多不同。以下就几个主要方 面对两种方式进行比较。
    (1)可靠性
    采用直接通信方式时，只要现场网络正常，且DCS的接口部件正常工作，则远程I/O前端就可以很可靠地实现与DCS系统的通信，周期性地将最新数据送入DCS中，供进一步处理和显示。
    而在采用间接通信方式时，因增加了一道中间环节，对通信的可靠性将产生不利影响，无论转换器因何种原因出现故障(如电源故障、硬件故障、软件故障、死机、接口故障等)，均将导致通信失败。而直接通信方式则不存在这些问题。
    对于采用国际标准的接口电路，接口器件的可靠性有着充分的保证，实际现场应用情况也证明了这一点。
    另外，在采用直接通信方式时，由于DCS直接控制现场网络的通信，可以随时掌握现场每个从站即现场前端的工作状态。
    显然，直接通信方式的可靠性优于间接通信方式。
    (2)实时性
      首先必须清楚一个概念，即远程I/O的实时性应该主要体现在自现场信号变化后反映到DCS系统人机界面或数据库内的时间长短，而不是单纯的底层网络的通信速率。
       还必须清楚，如果现场网络和DCS系统的通信由两个时间段组成，则最终的通信速率是要比两个时间段中较慢的一个环节还要慢的，因为两段时间的总和肯定要大于其中的任何一个时间段。任何通过间接方式实现与DCS系统通信的RIO产品所标称的现场通信速率，决不等同于系统的整体速率。
       直接和间接通信方式时的通信过程示意图如图3。从图3可以看出，直接通信方式时的数据处理以及与DCS通信时所必须的接口和协议等功能已在前端内部直接实现，因而不再需要中间转换装置，其与DCS系统通信的时间基本上相当于间接通信方式中转换模块与DCS通信的时间(因两者的协议和波特率是相同的)，而省去了现场前端和转换器之间进行通信所花的时间。也就是说，无论间接通信方式中的前端与转换器之间 采用何种通信、也无论其速度快慢与否，和直接通信方式比较起来都是要多花时间的。
     
    显然，在实时性方面，直接通信方式有着很大的优势。
    (3)冗余性
      目前，除采用CAN总线作为现场网络接口的产品外，大部分RIO产品都支持网络冗余。但是，不同的冗余方式之间存在着较大的差别，主要区别在于是介质的冗余还是接口的冗余。
      对于介质冗余，虽然现场网络可以连接为两个网(即两条通信线)，但由于前端内的CPU只有一个UART(全局串行通道，简称串行口)，因此在任何时刻均只能有一个网处于工作状态，通信冗余受到限制。而接口冗余则要求前端内的CPU必须具备两个独立并且可同时工作的UART，构成网络后，主站在需要时可以同时通过两条网络线与前端进行通信。
      目前，除IDCB/DR系列前端采用双串口CPU实现了接口冗余外，其它同类产品的现场部分大都为介质冗余方式，且现场设备的数据通信和网 络冗余的实现只能由自己的转换设备进行，然后再与DCS系统通信。由于这种中间设备是单一的，如果出现故障，将导致整个网络的瘫痪，因 此最多只能称为部分冗余。
      另外，由于直接通信方式时不需要中间环节，因此减少了一个故障点，降低了成本，又减少了设备所占用的空间，同时减少了投运后的维护量。
      经过上述三方面的比较，总体来讲，可以肯定地说，在DCS作为最终的监控系统的前提下，采用直接通讯方式(比如IDCB/DR系列前端)实现远程I/O与DCS的"开放、透明、无缝"通信比较有利。
五、有关RIO产品通信速率的误区
      在RIO与DCS进行通信时，与速率有关的概念较多，容易引起混淆，以下是用户容易产生误解的几个方面:
    (1)在间接通信方式时，现场速率不等于系统速率，因为最终的通信速度取决于与DCS的接口、协议和波特率，不论现场速率如何，系统的整体通信速率都不会高于转换器与DCS之间的通信速率。
    (2)有的RIO产品将或作为现场网络的通信速率上限，此时其通信距离受到限制，一般无法在现场长距离按此速率进行通信，实际通信速率多为产品的通信速率下限。
    (3)考虑系统的实时性时，总的时间周期应该是"信号测量时间+通信时间"，必须将信号测量时间考虑在内。
六、远程I/O的发展趋势
      目前，除了RS485/232、MODBUS成为远程I/O和DCS通信时事实上的标准以外，国产远程I/O产品在其它方面均是各不相同，没有一个统一的标准和规范。从用户的角度讲，当然希望所有的产品都是"开放、透明"并标准化的。随着现场总线和工业以太网的发展及其底层器件的不断推出和完善，相信远程I/O必将逐步走向现场总线的道路，标准化、开放化是其必然的趋势。