前言：

由于DCS网络架构设计方案是核电控制系统的重要方案，不同的网络结构对整个控制系统的性能有很大的影响。如果网络系统结构的设计和协议的选择不正确，大量的信息将被复制到每个网段，并传播到广播风暴中，导致“数据丢失”。因此，如何在DCS系统结构中选择和实现其系统结构是一个亟待解决的问题。

一、DCS系统的特点

(1)DCS系统具有相对开放的控制功能

DCS的控制程序是多任务操作模式，可以预设每个任务操作的优先级和操作周期。这不仅可以满足复杂调整电路的需求，而且可以快速控制开关。计算机可以通过区域网络传输通信和信息。在改变传输模式、系统功能和扩展系统时，可以直接添加计算机数量，与系统通信网络连接，操作相对简单。如果您想删除其中一个组件，它将不会对其他系统产生任何影响[1]。

(2)DCS系统具有配置灵活的功能

在软硬件配置方面，DCS根据每个程序的应用对象完成软硬件配置，即确定控制信号与测量和两者之间的关系。从控制算法库中选择合适的控制规则，然后从图像库中调出基本图像，完成所需的各种监控和报警图像，使所需的控制系统简单直观。

(3)DCS系统维护起来更简单

因为每台小型专用计算机都有自己的特殊工作，所以当它发生错误时，它可以及时发现。由于与其他系统无关，在维修过程中不会受到其他系统设备的影响，因此维护更方便，以便快速找到维护和解决方案。DCS系统具有完整的控制系统，可以实现不同的控制任务。同时，随着计算机技术的进步，DCS可以通过网络连接提供更高的运行效率，以实现规划和调度、存储管理和电源管理的目的。

二、DCS系统故障分析

由外部工作环境问题引起：DCS对外部工作条件要求较高，温度、湿度、粉尘、振动等因素是影响电子热控设备性能的重要因素。相关人员应严格控制电子实验室的工作环境，有效延长热控设备的工作寿命，提高其工作可靠性。针对这种情况，火力发电厂在各电子器件室设有温湿度计，严格监测各电子器件室的温湿度，使电子器件室的环境温度保持在18-24摄氏度。此外，企业应加强对设备的检查，确保设备质量符合国家规定的要求。由于电厂电子设备门经常打开，导致DCS硬件中出现灰尘，降低了计算机芯片的散热和绝缘。因此，企业应严格建立和实施热电设备室出入登记制度。同时，改善现场热控设备的运行环境，对减少集散控制系统的失效也有一定的作用。改善局部设备的运行环境是提高整体运行可靠性的关键。例如，对火力发电厂进行技术改造，现场设备配电箱尽量完全关闭，做好防水、防潮、防腐工作，尽量远离热源、辐射源和干扰源[2]。

三、DCS网络广播风暴原因分析

经过实地考察分析，查询调试操作记录。在排除人为误差（工作人员不了解环网冗余连接特征，监控主次交换间通信专用连接线被误切断）的情况下，确定了网络拥堵的根源：单位与公共单位之间的网络通信设备构成真实的网络连接环，传输信息无限重复转发，造成网络拥堵。这是由于网络拓扑结构的不合理实施造成的。以下将对设备相关问题进行深入分析，从根本上解决问题。不合理的网络结构表现在以下几个方面：

(1)交换机连接构建的局域网(广播域)未划分

单元机组通过交换机与公共机组连接，将所有网络通信设备集成到较大的局域网（广播区）中。在广播风暴传输中，如果通信设备出现故障，会导致局域网中其他通信设备的转发，造成巨大的、无法控制的影响。由于开关是连接层的装置，因此内部有一个MAC位置。在此基础上，企业提出了基于数据包MAC地址和相应数据包地址的交换方案。

(二)交换机网络端口速率不限制速率

为了保证交换器能够交换最大的数据吞吐率，网络端口数量一般不设置传输率上限。但是，如果有多个数据，并且都有相同的输出端口，如果一个端口的速度大于其他端口，则该端口将建立一个队列。当存储空间不足时，报纸将被丢失，尤其是突发报纸。

四、核电站DCS网络广播风暴故障防范措施

（1）采取战略协议形成虚拟局域网（VLAN）

它将物理区域网络划分为多个逻辑区域网络，每个部分都是一个传输区域。在虚拟区域网络中，主机间采用传统的以太网络通信方式，主机间在逻辑上相互隔离。一般来说，为了消除由此类网络回圈连接引起的网络广播风暴，IEEEA协会制定的802.1D标准创建的STP（生成树协议）可以用于消除LAN中数据链路层的物理回圈协议。HOLLIASMACS系统是一种典型的非安全级DCS系统，LEVEL1层采用基于STP协议的MSTP(多生成树协议)。该架构的显著优点是，基于MSTP的多层树形多层网络构建了内部弹性分组环（RPR）网络，该架构可以像无环树状网络一样切割环状网络，从而有效防止网络中的传输扰动。为了保证VLAN之间的连接达到平衡，应提出基于节点的虚拟局域网模型。

（2）通过网关代替交换机与实体隔离

单元机组与公共机组之间不会直接通过开关，而是通过网关连接。为了响应设备服务器和公共设备之间的数据请求，数据通过网关传输。从实体上讲，这种连接不会形成一个环网络，网关也不会转发和传输。因此，它相当于一个独立的功能，不会在单元组设备和公共设备之间形成局部电路，从而引发广播风暴。

（3）虚拟环网静态配置

以上两种方案都涉及网络通信硬件的更换、控制策略、控制算法等方面的修改。因此，目前的设备也可以通过静态配置来设置，以减少传输风暴的作用距离。例如，除了串联和光纤环端口外，网络设备开关上的所有端口都是锁定的广播模式；采用静态MAC位置，根据设定路径转发数据；在区域主接口上，网络速度限制为10mbps。目前，电厂采用的三种方式对“广播风暴”起到了一定的压制作用，使“真实物理链接”造成的“网络广播风暴”不再发生。广利核的HOLLIASMACS在网络系统结构的设计中采用了上述第一种和第二种方式。根据相关单元的使用，广播风暴造成的主机失去屏幕监控和设备故障的事故[3]尚未发生。

结论：

综上所述，从上述理论和实际情况来看，在DCS系统结构的设计中，应基于对数据流量负荷的分析，进行“多域管理”的设计。根据对象的位置、范围、功能和操作特点，将整个DCS系统通信网络划分为几个相对独立的子系统，每个子系统形成一个区域，可以使用标准协议或中间件在各个领域之间进行数据交换。该系统结构可以有效减少网络传输风暴的区域，具有更强的科学性和合理性，满足工业通信网络对网络传输风暴的高稳定性、快速响应和高数据处理能力的需求。