基于Modbus協(xié)議的TCM4351A與Bently3500的通信

張 勁

(洛陽三隆安裝檢修有限公司)

基于Modbus協(xié)議的TCM4351A與Bently3500的通信

張 勁

(洛陽三隆安裝檢修有限公司)

介紹了基于Modbus通信協(xié)議的TCM4351A與Bently3500的數(shù)據(jù)通信方法，分析通信故障的可能原因并提出相應(yīng)的解決對策，最后就此問題提出冗余改進(jìn)建議。

Modbus通信 TCM4351A Bently3500 故障處理 組態(tài)改進(jìn)

壓縮機(jī)軸振動、軸位移等信號是反映壓縮機(jī)運(yùn)行情況的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，也是上位監(jiān)測和下位聯(lián)鎖控制的重要對象，因此數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和連貫性對整個(gè)壓縮機(jī)系統(tǒng)至關(guān)重要。對于軸振動和軸位移信號的監(jiān)測，通常采用專用監(jiān)測儀表和裝置，監(jiān)測信號與中央PLC系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)既可以采用傳統(tǒng)的硬接線方式，也可以采用無線通信方式。

Modbus是一種應(yīng)用于電子控制器上的通用通信協(xié)議，通過Modbus，控制器之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其他設(shè)備之間都可以進(jìn)行通信[1]。在此，筆者基于Modbus通信協(xié)議，以某烷基化裝置制冷壓縮機(jī)Tricon控制系統(tǒng)通信模塊TCM4351A和機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)Bently3500通信模塊3500/92為研究對象，對兩者的通信過程進(jìn)行闡述。

1 TCM4351A與Bently3500的通信實(shí)現(xiàn)過程

1.1 硬件配置

制冷壓縮機(jī)控制系統(tǒng)通信模塊TCM4351A采用兩套單模塊單電纜雙工通信方式；Bently3500通信模塊3500/92采用單模塊雙電纜通信方式，其輸出為互為冗余的兩路Modbus協(xié)議通道。TCM4351A與3500/92之間通過RS485通信電纜進(jìn)行連接。冗余模式可使該制冷壓縮機(jī)控制系統(tǒng)更加安全可靠地運(yùn)行,其搭建主要由生產(chǎn)工藝的重要性和成本所決定。

1.2 參數(shù)設(shè)置

選擇TCM4351A模塊作為通信主站，3500/92模塊作為從站。1#TCM4351A的SERIAL1與3500/92的Modbus1接口相連，2#TCM4351A的SERIAL1與3500/92的Modbus2接口相連。

采用TriStation 1131編程軟件，在TCM4351A模塊中完成Modbus Master參數(shù)設(shè)置。1#TCM4351A的設(shè)置參數(shù)為：傳輸比特率(19 200bit/s)、數(shù)據(jù)位(8)、停止位(1)、奇偶校驗(yàn)(無)、傳輸模式(RS485)、握手協(xié)議(無)、主邏輯站地址(1)、Modbus Range(0～32 767)、默認(rèn)從站地址(1)。2#TCM4351A的設(shè)置參數(shù)為：傳輸比特率(19 200bit/s)、數(shù)據(jù)位(8)、停止位(1)、奇偶校驗(yàn)(無)、傳輸模式(RS485)、握手協(xié)議(無)、主邏輯站地址(2)、Modbus Range(0～32 767)、默認(rèn)從站地址(1)。

采用3500 Software組態(tài)軟件在3500/92模塊中設(shè)置參數(shù)：PORT1和PORT2兩個(gè)端口(激活)、地址(1)、比特率(19 200bit/s)、勾選Word Swapped和Floating Point兩個(gè)選項(xiàng)(這樣可避免數(shù)據(jù)傳到PLC后再對它做高低位互換的操作工作)、浮點(diǎn)數(shù)起始地址(46001)。

1.3 通信程序

TCM4351A Modbus協(xié)議通信通過TriStation 1131編程軟件調(diào)用庫函數(shù)中的標(biāo)準(zhǔn)功能塊MBREAD_REAL來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和讀取操作。TCM4351A與Bently3500的通信程序如圖1所示。

圖1 TCM4351A與Bently3500的通信程序

2 通信故障分析與處理方法

2.1 故障現(xiàn)象與原因分析

隨著制冷壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行，出現(xiàn)通信故障的幾率也會隨之上升。如在壓縮機(jī)人機(jī)操作界面上，機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測的軸振動、軸位移等參數(shù)測量值均處于靜止不更新狀態(tài)或顯示明顯錯(cuò)誤等。

出現(xiàn)此類故障的原因可能有以下幾種：

a. 3500/92通信卡可能處于死機(jī)狀態(tài)，無法發(fā)出數(shù)據(jù)；

b. 3500/92通信卡或其通信端口故障；

c. TCM4351A與Bently3500之間的通信電纜故障；

d. TCM4351A通信卡或其通信端口故障。

首先檢查3500/92和TCM4351A通信卡的通信指示燈是否正常，有無任何報(bào)警燈亮。如果有報(bào)警，則根據(jù)報(bào)警燈信息說明查找原因。若從外觀無法觀察到任何異常，則需要借助軟件進(jìn)行診斷檢查，例如在TriStation 1131中查看通信程序塊MBREAD_REAL中的通信狀態(tài)“STATUS”顯示代碼，然后查閱幫助文件了解代碼含義進(jìn)而判斷故障原因。

針對2.1小節(jié)總結(jié)的4種可能的故障原因，根據(jù)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)程度，可以按以下步驟檢查判斷：

a. 對3500/92通信卡進(jìn)行熱插拔操作。分別拔下通信卡的前、后卡，稍等片刻后再將通信卡裝回母槽中，如果監(jiān)測值正常，則原因明確，否則進(jìn)行步驟b。

b. 用電腦通過3500/20框架接口模塊讀取Bently3500系統(tǒng)內(nèi)的卡件運(yùn)行情況和報(bào)警記錄，對收集的事件進(jìn)行分析，幫助確定故障原因；此過程可配合替換法，即將該3500/92通信卡換下，用另一新卡替代，以檢驗(yàn)該卡是否正常。

c. 用替換法對通信電纜進(jìn)行替換驗(yàn)證，排除通信電纜故障的可能性。

d. 基于所搭建的冗余模式，從程序的通信模塊中可以看到，2#TCM4351A通信卡處于3種冗余切換方式(熱冗余、暖冗余和冷冗余)中的暖冗余狀態(tài)，即設(shè)備在發(fā)生切換時(shí)有間隙或需要人為簡單干預(yù)或預(yù)置才得以完善[2]。2#TCM4351A通信卡主站邏輯地址為2，據(jù)此將通信程序塊中“PORT”的設(shè)定值由“1”改為“2”，再對程序進(jìn)行編譯、局部下裝，判斷故障所在。

2.2 通信組態(tài)的改進(jìn)

基于不同的冗余模式，當(dāng)出現(xiàn)通信故障時(shí)，要具體問題具體分析。本設(shè)計(jì)中，可以將暖冗余修改為熱冗余，即對主站的端口狀態(tài)進(jìn)行判斷，一旦出現(xiàn)通信故障，則可以自動切換。通過在程序塊的“PORT”輸入端加入判斷選擇功能模塊DUL_SEL2(通過編程實(shí)現(xiàn))(圖2)，以軟件編程的方式來實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間出現(xiàn)故障時(shí)的自動切換。

圖2 在“PORT”輸入端加入判斷選擇功能模塊

3 結(jié)束語

筆者基于Modbus通信協(xié)議，介紹了一種TCM4351A與Bently3500之間的數(shù)據(jù)通信方法，并針對通信過程中出現(xiàn)的故障提出了相應(yīng)的應(yīng)對措施與通信組態(tài)改進(jìn)建議。通過軟件冗余方式保證了通信的可靠度，通過軟件編程方式實(shí)現(xiàn)了設(shè)備之間出現(xiàn)故障時(shí)的自動切換，保證了制冷壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定生產(chǎn)。

[1] 張利平,劉寧,董樹泉.基于Modbus協(xié)議CP341與Bently3500之間的通訊[J].工業(yè)儀表與自動化裝置,2011,(2):86～87.

[2] 陳子平.淺談控制系統(tǒng)冗余控制的實(shí)現(xiàn)[J].自動化儀表,2005,26(9):4～6.

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2016-08-25)

張勁(1985-)，工程師，從事化工自動化儀表維護(hù)和管理工作，zhangjing850@126.com。