淺析橫河DCS控制系統(tǒng)CS3000與第三方通訊

劉 麗，董朝暉，齊文軍,王 湛

（1.中國石油烏魯木齊石化公司 煉油廠，烏魯木齊 830019；2.北京工業(yè)大學(xué)，北京 100022）

0 引言

一套獨(dú)立的DCS系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，總是要與其他系統(tǒng)如PLC、ESD等控制系統(tǒng)通訊，實(shí)現(xiàn)其他系統(tǒng)I/O點(diǎn)在DCS上的顯示或控制。本章主要對(duì)橫河CS3000控制系統(tǒng)與ESD、PLC 的通訊組態(tài)以及在通訊過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行闡述。

1 橫河CS3000控制系統(tǒng)與第三方通訊的方式

橫訶CS3000控制系統(tǒng)的通訊卡件為ALR121和ALR111卡，這兩塊卡各有其特點(diǎn)，這里以ALR121卡為例來說明和第三方如何通訊，以及通訊的故障的處理。

ALR121卡遵從MODBUS協(xié)議，通訊接口是RS485接口，RS485只是定義了電氣特性的一種總線結(jié)構(gòu)形式，沒有具體的數(shù)據(jù)協(xié)議。大家為了尋求一種都能兼容的協(xié)議，MODBUS成了這個(gè)目的的執(zhí)行者。MODBUS后來被大家廣泛采用，成為RS485的通訊協(xié)議。Modbus協(xié)議包括ASCII、RTU、TCP。MODBUS的ASCII、RTU的這3個(gè)協(xié)議規(guī)定了消息、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、命令和就答的方式，數(shù)據(jù)通訊通常采用Maser/Slave方式。MODBUS協(xié)議需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)的設(shè)置，串行協(xié)議中除了有奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)外，ASCII模式還采用LRC校驗(yàn)，而RTU模式采用16位CRC校驗(yàn)。然而MODBUS TCP模式卻沒有額外規(guī)定校驗(yàn)。

一般橫河CS3000都采用RTU方式和第三方通訊，通訊卡ALR121的接線方式有兩線制和四線制。其中兩線制的接線方式接線如下圖1。圖中右側(cè)為DCS接線方式，其中在DCS端RX+和RX-之間要加120Ω的電阻，TX+與RX+用短接線短接，TX-與RX-用短接線短接；與DCS通訊的另一方只需將RX+和RX-相應(yīng)的連接上即可。

圖1 兩線制的接線方式Fig.1 Two wire connection mode

圖2為四線制的接線方式，在DCS端TX+TX-RX+RX-分別接另一方通訊的RX+RX-TX+TX-端子，圖中右側(cè)為DCS方接線，在DCS方的RX+和RX-需要加120Ω的電阻，左側(cè)為第三方的接線，完成了硬件接線后，下面要做的工作是在DCS上完成通訊卡件的設(shè)置和組態(tài)[1]。

圖2 四線制的接線方式Fig.2 Four wire connection mode

2 橫河CS3000控制系統(tǒng)與第三方通訊組態(tài)內(nèi)容[2～4]

接線完畢后需要做的是對(duì)通訊卡件ALR121卡進(jìn)行通訊設(shè)置和組態(tài)下裝，有以下7個(gè)步驟。

1）獲取對(duì)方的點(diǎn)地址及對(duì)應(yīng)的位號(hào)

一般來說DCS控制系統(tǒng)和以下系統(tǒng)通訊較多，表1、表2給出了與DCS通訊方的模擬量和數(shù)字量地址表格（數(shù)字量通訊直接引用對(duì)方地址即可，不需要轉(zhuǎn)化）。

表1 模擬量地址表Table 1 Analog address table

表2 數(shù)字量地址表Table 2 Digital address table

2）DCS控制系統(tǒng)與第三方需要確立通訊規(guī)則如：波特率9600，開始位1，結(jié)束位8，齊偶校驗(yàn)規(guī)則（EVEN-偶校驗(yàn)，ODD-齊校驗(yàn)；NONE-無奇偶校驗(yàn)），從站號(hào)（如SLAVE=3），這個(gè)通訊設(shè)置雙方必須一致，否則導(dǎo)致雙方數(shù)據(jù)通訊不上。

點(diǎn)擊通訊卡件的右鍵，選擇properties，會(huì)出現(xiàn)對(duì)話框，在baud Rate選擇波特率為9600bps。在奇偶校驗(yàn)位parity選擇even（也可選擇Odd或No），在停止位stop bit選擇8；在起始位start bit選擇1；選擇DR數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好即將DR check選中；在屬性對(duì)話框的左下角有兩線制和四線制的選擇，實(shí)際接線是幾線制就選擇幾線制，然后查詢對(duì)方的模擬量的數(shù)值范圍（如S7300的模擬量的點(diǎn)的范圍是0-27648）。

3）對(duì)DCS CS3000控制系統(tǒng)的通訊卡設(shè)置足夠的緩沖區(qū)

雙擊ALR121通訊卡，打開建點(diǎn)畫面在緩沖區(qū)buffer設(shè)置足夠大，即超過組態(tài)的占用的點(diǎn)數(shù)總和。

4）在ALR121通訊卡中建點(diǎn)（AI點(diǎn)和DI點(diǎn)）

AI點(diǎn)建立：雙擊ALR121通訊卡，進(jìn)行建點(diǎn)，在program name有選擇項(xiàng)，選擇的是所組態(tài)的通訊卡件的物理位置，在大小size中輸入所組態(tài)連續(xù)地址的點(diǎn)數(shù)，在port中輸入1（通訊端口1），如果輸入2則用的是端口2通訊；在station輸入從站號(hào)，在第二步雙方已規(guī)定好的SLAVE=3；在device&address輸入第三方的地址；在date type中選擇下拉菜單是輸入還是離散量，是16位還是32位，是有符號(hào)還是無符號(hào)，這要根據(jù)第三方的送到DCS訪的通訊數(shù)據(jù)類型而定，如果數(shù)據(jù)類型不統(tǒng)一，也是通訊不上的；在reverse中選擇NO還是YES(一般是NO)，在scan掃描中選擇normal，在service comment中輸入所組態(tài)點(diǎn)的文字說明；在label中輸入%%位號(hào)名（不可重復(fù)，在功能塊的組態(tài)中會(huì)用到）。

如果是DI點(diǎn)通訊則需要在Date Type中選擇Input Discrete。其余與建立AI點(diǎn)是一樣的，只是在不需要在Label中輸入位號(hào)名，在相應(yīng)的Element有%WW0055這個(gè)地址，點(diǎn)擊Tools的call%wb number difinition，進(jìn)入到DI位號(hào)說明的組態(tài)，在空白的地方寫入Element的地址%WB005501～%WB005516，也就是說%WW0055這個(gè)地址可以組態(tài)16個(gè)DI點(diǎn)，在Tag name Tag comment寫入相應(yīng)的位號(hào)和說明。檢查組態(tài)無誤，點(diǎn)擊FILE保存在線下裝即可。

5）在FUNCTION BLOCK中組態(tài)

在組態(tài)FUNCTIONBILOCK中添加PVI塊，地址連接通訊卡的label，組態(tài)方法與普通硬點(diǎn)的組態(tài)方法是一致的。檢查組態(tài)無錯(cuò)誤后，便可以download。

6）在流程圖中鏈接點(diǎn)，既可以在DCS實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中調(diào)用點(diǎn)的面板，查看顯示值。

3 橫河CS3000控制系統(tǒng)與第三方通訊的故障處理

但是在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生通訊卡雙方通訊不通的問題，主要現(xiàn)象表現(xiàn)為通訊卡件狀態(tài)為紅色X，或是卡件紅色并且顯示1C、2C，同時(shí)在process report中看不到數(shù)據(jù)，有以下幾方面的原因。

1）可能是雙方設(shè)置的通訊參數(shù)不同，通過核對(duì)參數(shù)并調(diào)整來解決這個(gè)問題。

2）可能通訊電纜發(fā)生斷路或者通訊電纜不是標(biāo)準(zhǔn)電纜，解決的辦法是檢查電纜：正常通訊電纜上的電壓是4.5VDC～5.0VDC，如果用萬用表測(cè)量通訊電纜的電壓小于4VDC，那么就是通訊電纜的問題。

3）DCS方或第三方的通訊卡件故障，解決辦法是改用備用通訊卡件，查看是否能夠通訊上。如果為通訊卡件故障則需要更換通訊卡件。

4）其他原因。

某控制系統(tǒng)與橫河控制系統(tǒng)在通訊過程中經(jīng)常出現(xiàn)如下報(bào)警信息：“FCS0105 IOM OUT SERVICE FI01 NODE12 SLOT3”，這條報(bào)警信息大概每一分鐘出現(xiàn)一次。

原因1，某控制系統(tǒng)只進(jìn)來了一組信號(hào)，而DCS控制系統(tǒng)卻有一對(duì)冗余的通訊卡。通過將所需通訊信號(hào)調(diào)換到非冗余的通訊卡件后，通訊調(diào)試正常；原因2，某控制系統(tǒng)的通訊接口為RS232，而橫河控制系統(tǒng)的通訊接口是RS485，由于是先把電纜鋪設(shè)到光電轉(zhuǎn)換器側(cè)，然后進(jìn)行RS232到RS485的轉(zhuǎn)換，這中間距離大概有30m，然而RS232的傳輸距離只有十幾米，所以導(dǎo)致通訊超時(shí)，沒有通訊成功。后來就先在第三方控制系統(tǒng)側(cè)進(jìn)行RS232到RS485的轉(zhuǎn)換，再把電纜鋪設(shè)到光電轉(zhuǎn)換器。這個(gè)辦法使得通訊正常。

4 結(jié)束語

通過以上對(duì)橫河CS3000控制系統(tǒng)與第三方通訊組態(tài)的講解，對(duì)通訊過程中出現(xiàn)的問題也進(jìn)行了闡述和分析，相信大家按照步驟就可以對(duì)DCS的通訊進(jìn)行組態(tài)了，實(shí)現(xiàn)了其他系統(tǒng)在橫河DCS控制系統(tǒng)的正常顯示，滿足石油煉制企業(yè)對(duì)控制系統(tǒng)的要求，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)不同控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享。

[1]橫河公司CS3000系統(tǒng)資料[Z].

[2]橫河公司CS3000系統(tǒng)組態(tài)資料[Z].

[3]華镕.從Modbus到透明就緒:施耐德電氣工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議、設(shè)計(jì)、安裝和應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.

[4]石油化工儀表自動(dòng)化培訓(xùn)教材編寫組.自動(dòng)控制基礎(chǔ)理論[M].北京:中國石化出版社.