通過智能串口協(xié)議實(shí)現(xiàn)DCS之間的通訊方式

（新疆石河子天偉化工有限公司天偉自備電廠，石河子市，832048）孟丹

通過智能串口協(xié)議實(shí)現(xiàn)DCS之間的通訊方式

（新疆石河子天偉化工有限公司天偉自備電廠，石河子市，832048）孟丹

針對(duì)MODBUS協(xié)議中雙方必須遵守主從站方式，火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)的重要性、安全性上，通訊協(xié)議只能為主站，兩個(gè)DCS系統(tǒng)就無法通過傳統(tǒng)的modbus協(xié)議直接通訊，必須通過智能串口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)DCS系統(tǒng)之間的通訊。

ECS700；Modbus協(xié)議；串行通訊；協(xié)議轉(zhuǎn)換

熱電產(chǎn)業(yè)內(nèi)，為達(dá)到國(guó)家環(huán)保要求，均采用了SCR脫硝技術(shù)，因需要大量使用氨，故設(shè)立了氨站。為全廠脫硝提供所需氨氣，而氨氣屬于危險(xiǎn)化學(xué)品，有毒且易發(fā)生爆炸，并有泄漏的可能，故氨站成為了電廠內(nèi)重點(diǎn)防護(hù)地方。氨站通過把液氨汽化后供給鍋爐SCR系統(tǒng)，氨站系統(tǒng)為了安全性，設(shè)計(jì)為獨(dú)立系統(tǒng)，與SCR區(qū)無數(shù)據(jù)通訊，且管線過長(zhǎng)。兩邊的重要參數(shù)就需要互相聯(lián)系，隨時(shí)調(diào)整工況。以浙大中控ECS-700 DCS系統(tǒng)為基礎(chǔ)，分析了DCS控制系統(tǒng)與DCS控制系統(tǒng)通過第三方之間通訊，實(shí)現(xiàn)了雙方都以ECS-700 DCS系統(tǒng)互為主站，SS-431系統(tǒng)中轉(zhuǎn)從站的方式，基于Modbus協(xié)議的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，解決了浙大中控ECS700系統(tǒng)之間互為主站的通訊方式。

1 問題的提出

難點(diǎn)在于氨站未設(shè)置為單元機(jī)組DCS系統(tǒng)遠(yuǎn)程I/O站，如果將氨站與主機(jī)的數(shù)據(jù)以硬接線方式進(jìn)行4～20mA模擬量電流傳輸?shù)脑挘娏餍盘?hào)將會(huì)因線路過長(zhǎng)衰減或因電磁干擾而失真，數(shù)據(jù)將偏差較大或失準(zhǔn)而無法監(jiān)控，經(jīng)過比較分析，最終采用以下技術(shù)方案：

采用串行通訊方式解決數(shù)據(jù)傳輸問題，即將氨站ECS-700 DCS系統(tǒng)與主機(jī)ECS-700 DCS系統(tǒng)進(jìn)行通訊。但新的問題又出現(xiàn)了，兩邊都是DCS系統(tǒng)，作為DCS系統(tǒng)只能為主站，不能做從站。所以兩邊無法直接通過串行通訊方式連接，多方調(diào)研，在兩個(gè)DCS系統(tǒng)之間增設(shè)智能串口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊SS-431。

2 ECS-700系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

WebFieldECS系統(tǒng)是致力于幫助用戶實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的大規(guī)模聯(lián)合控制系統(tǒng)，繼承和發(fā)展了中控多年來積累的過程控制經(jīng)驗(yàn)和核心技術(shù)，融合了最新的大規(guī)模組網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和信息管理技術(shù)。ECS系統(tǒng)的強(qiáng)大功能和高可靠性可以全面幫助企業(yè)提升生產(chǎn)效能。ECS系列控制系統(tǒng)經(jīng)過多年的實(shí)際運(yùn)行考驗(yàn)，被公認(rèn)為是最成熟的過程控制系統(tǒng)之一。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)總線及與第三方通訊

ECS-700系統(tǒng)支持HART、PROFIBUS、FF、MODBUS、EPA等多種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，并提供相應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)總線接口模塊，所有現(xiàn)場(chǎng)側(cè)信號(hào)與系統(tǒng)側(cè)采用光電隔離，保證故障對(duì)系統(tǒng)的影響最小。

2.3 串行通信接口

串行通信模塊（COM741）為支持MODBUS協(xié)議的第三方設(shè)備與ECS-700系統(tǒng)之間提供通信接口?；槿哂嗟腃OM741模塊安裝于同一基座上，分別與第三方設(shè)備相連，同時(shí)讀寫數(shù)據(jù)。

2.4 打開串口通信組態(tài)軟件

在硬件組態(tài)中，選中串口通信模塊，點(diǎn)擊菜單命令[操作/通信組態(tài)]或者右鍵菜單中的“通信組態(tài)”功能，進(jìn)入串口通信組態(tài)軟件，對(duì)模塊進(jìn)行配置。

2.5 設(shè)置串口參數(shù)

串口參數(shù)包括：

端口：不可更改。

模式：支持Modbus主站、自定義主站。

物理接線：可選擇RS232和RS485。

波特率：可選擇1 200、2 400、4 800、7 200、9 600、14 400、19 200、38 400和57 600。

數(shù)據(jù)位：支持8、7、6、5個(gè)通信數(shù)據(jù)位，可根據(jù)不同協(xié)議需要進(jìn)行選擇。

停止位：支持1、1.5、2個(gè)停止位，選擇時(shí)可參照表1。

校驗(yàn)方式：可選擇無校驗(yàn)、奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)、標(biāo)志校驗(yàn)和空格校驗(yàn)。

設(shè)備數(shù)：軟件會(huì)根據(jù)實(shí)際配置情況自動(dòng)計(jì)數(shù)，不可更改。

命令數(shù)：軟件會(huì)根據(jù)實(shí)際配置情況自動(dòng)計(jì)數(shù)，不可更改。

數(shù)據(jù)位與停止位存在一定的關(guān)系，使用不同的數(shù)據(jù)位時(shí)只能使用相應(yīng)的停止位，下表說明了可用情況，標(biāo)“√”表示該種組合可用。

表1 數(shù)據(jù)位/停止位匹配關(guān)系表

一條串行總線即一個(gè)串口可掛接多個(gè)設(shè)備，但只支持一種通信協(xié)議。

2.6 添加設(shè)備和設(shè)置設(shè)備參數(shù)

選中COM串口，點(diǎn)擊工具欄的按鈕，增加設(shè)備。選中設(shè)備，在右邊的屬性頁(yè)中設(shè)置設(shè)備的設(shè)備參數(shù)包括：

名稱：設(shè)備名稱，可修改。

（2）通過3kW立磨機(jī)試驗(yàn)知，在現(xiàn)有條件下，系統(tǒng)平臺(tái)較佳工況條件為：研磨介質(zhì)直徑7mm，介質(zhì)充填率30%左右，磨機(jī)轉(zhuǎn)速30Hz左右。

模式：在串口參數(shù)設(shè)定中設(shè)定后便不可修改。

地址：范圍0～255，此參數(shù)在位號(hào)組態(tài)軟件中執(zhí)行位號(hào)掃描時(shí)，作為位號(hào)地址的一部分，幫助區(qū)分各個(gè)位號(hào)，與通訊協(xié)議中的地址無關(guān)。

實(shí)際地址：PLC撥碼地址，一條總線上撥碼地址必須唯一，在自定義協(xié)議模式下，此參數(shù)無效。（該參數(shù)在軟件版本為VisualField V3.1+SP01（含）之后新增加）。

ID號(hào)：不可修改，編譯保存后自動(dòng)生成。

響應(yīng)時(shí)間：設(shè)備響應(yīng)命令的超時(shí)時(shí)間，單位ms。設(shè)置為0時(shí)，串行通信模塊內(nèi)部自動(dòng)調(diào)整。

間隔時(shí)間：命令間隔時(shí)間，單位ms。該參數(shù)表示兩條命令之間需要插入的等待時(shí)間。設(shè)置時(shí)間太長(zhǎng)將使得命令執(zhí)行周期加大。

命令數(shù)：不可修改，顯示當(dāng)前該串口下已組通訊命令數(shù)量。

2.7 添加Modbus命令和設(shè)置Modbus命令參數(shù)

只有當(dāng)串口的模式參數(shù)設(shè)置為Modbus主站（即設(shè)定的協(xié)議為Modbus）時(shí)，才能添加Modbus命令。命令屬性：

名稱：命令名稱，可修改

模式：不可修改。

命令號(hào)：不可修改，自動(dòng)生成。

命令類型：不可修改，根據(jù)功能號(hào)自動(dòng)轉(zhuǎn)換。周期：范圍（0～65 535）；命令執(zhí)行的周期，單位ms。

設(shè)備地址：不可修改。

開始地址：MODBUS協(xié)議的起始地址，范圍是1～65 535。MODBUS協(xié)議起始地址從1開始，即如果對(duì)設(shè)備0～15線圈進(jìn)行操作，組態(tài)應(yīng)設(shè)置為1～16。若設(shè)置起始地址為0，軟件將自動(dòng)將其設(shè)置為1。

數(shù)量：從起始地址開始算起需要處理的線圈或寄存器的數(shù)量，該數(shù)量范圍與Modbus協(xié)議、ECS-700系統(tǒng)規(guī)模及模塊緩存區(qū)大小有關(guān)。

數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：不可修改，自動(dòng)計(jì)算生成。

位號(hào)信息：該設(shè)置描述了串行通信模塊從智能設(shè)備中獲?。ɑ?qū)懭耄┑臄?shù)據(jù)，與控制器位號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。智能設(shè)備中的數(shù)據(jù)根據(jù)該對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)應(yīng)到控制器的相應(yīng)位號(hào)。

位號(hào)類型：位號(hào)自動(dòng)掃描時(shí)將根據(jù)此處所選位號(hào)，在位號(hào)表軟件中生成相應(yīng)的位號(hào)類型。

位號(hào)數(shù)量：根據(jù)位號(hào)類型及需要處理的線圈或寄存器位號(hào)的數(shù)量，由系統(tǒng)自動(dòng)生成。

3 智能轉(zhuǎn)換模塊SS-431

3.1 產(chǎn)品功能

λ連接百種串口協(xié)議設(shè)備到Modbus總線；

λ整合多個(gè)Modbus協(xié)議的設(shè)備，使多達(dá)近百個(gè)Modbus設(shè)備如同一個(gè)設(shè)備那樣被訪問；

λ無需PLC、PC等主站設(shè)備，即可使Modbus從站設(shè)備互相交換數(shù)據(jù)；

λ無需開發(fā)Modbus協(xié)議，即可使用簡(jiǎn)單的協(xié)議輕松連接Modbus設(shè)備。

3.2 產(chǎn)品特點(diǎn)

凡具有RS-232/RS-485接口的設(shè)備都可以使用本產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換和傳遞。

3.3 配置開關(guān)

SS-431上電后雙擊指示燈下方的SET按鈕，進(jìn)入配置模式。用戶可以通過兩個(gè)串口中的任意一個(gè)將SS-431連接到PC，如果使用的串口為RS-485，則還需使用RS232/485轉(zhuǎn)換器才能將SS-431連接到PC，并使用網(wǎng)關(guān)配置軟件SS-123配置SS-431。

3.4 配置模塊

使用SS-431的幾個(gè)步驟：按照說明書完成硬件接線；

將兩個(gè)串口中的一個(gè)串口連接至PC串口（PC串口為RS-232標(biāo)準(zhǔn)，如果接的是RS-485口，需要RS232/RS485轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換再連接）；

給SS-431上電，然后雙擊SET按鈕，SS-431進(jìn)入配置模式，電源燈常亮，模塊燈滅掉；

使用網(wǎng)關(guān)配置軟件SS-123對(duì)SS-431進(jìn)行配置，配置完成后關(guān)閉SS-431電源；

給SS-431重新上電，即進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

3.5 軟件配置

對(duì)模塊進(jìn)行參數(shù)配置需要配置軟件SS-123。配置之前，用戶需要安裝產(chǎn)品光盤中的SS-123。

用戶使用網(wǎng)關(guān)配置軟件SS-123可以輕松完成SS-431的配置，包括串口工作模式（通信協(xié)議類型）、及串口參數(shù)：串口通信波特率、奇偶校驗(yàn)、停止位等，并可對(duì)網(wǎng)關(guān)內(nèi)存映射數(shù)據(jù)進(jìn)行沖突檢測(cè)。

3.6 數(shù)據(jù)交換

SS-431的兩個(gè)串口之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通過“映射”關(guān)系來建立。在SS-431中有兩塊數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，一塊是輸入緩沖區(qū)（1K字節(jié)），另一塊是輸出緩沖區(qū)（1K字節(jié)）。

Modbus主站讀命令將讀取的數(shù)據(jù)寫入到網(wǎng)絡(luò)輸入緩沖區(qū)，供Modbus從站或自定義從站側(cè)讀取。Modbus主站寫命令從輸出緩沖區(qū)取數(shù)據(jù)，通過寫命令輸出到相應(yīng)的Modbus從站設(shè)備。

3.7 配置前注意事項(xiàng)

SS-123是一款基于Windows平臺(tái)，用來配置智能串口轉(zhuǎn)化模塊SS-430及SS-431相關(guān)參數(shù)及命令的配置軟件。

3.8 用戶界面

SS-123的界面包括：標(biāo)題欄、菜單欄、工具欄、狀態(tài)欄、設(shè)備版塊、配置版塊和注釋版塊。

備注：在該軟件中，所有的灰色部分為不可更改項(xiàng)。

協(xié)議類型選擇Modbus從站

可配置參數(shù)為：

Modbus通訊波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)方式、停止位、從站地址、通訊傳輸模式。

通訊波特率：300，600，1200，2400，9 600，19 200，38 400，57 600，115 200bps可選

數(shù)據(jù)位：8位

奇偶校驗(yàn)方式：無、奇、偶、標(biāo)記、空格可選

停止位：1、2可選

4 結(jié)束語(yǔ)

自從主機(jī)DCS系統(tǒng)與氨站DCS系統(tǒng)通訊好后，兩邊數(shù)據(jù)進(jìn)行了互通，保證了設(shè)備的安全性，可以為兩邊調(diào)整做出了參考數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，我們也實(shí)現(xiàn)了DCS系統(tǒng)互為主站的通訊方式，為今后更多的通訊方式奠定了基礎(chǔ)。

[1]浙大中控ECS-700硬件手冊(cè)

[2]智能串口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊說明書。

[3]李楨。DCS與PLC的Modbus協(xié)議通信在石油化工的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2009,26（4）

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