浙江中控集散控制系統(tǒng)與圖爾克遠(yuǎn)程分布式I/O及電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)在制藥項(xiàng)目中的應(yīng)用

余俊寧

（身份證號(hào)碼：330781199706231112，浙江 金華 321106）

隨著現(xiàn)代工業(yè)工廠自動(dòng)化和智能化的快速發(fā)展，大型制藥化工項(xiàng)目的模擬量和數(shù)字量的輸入/輸出點(diǎn)位很多，控制系統(tǒng)項(xiàng)目復(fù)雜性也很高，因此對(duì)大型制藥廠的自動(dòng)化和智能化DCS控制系統(tǒng)水平的要求也愈發(fā)提高，而工廠最重視的當(dāng)然是集散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、控制精度以及響應(yīng)速度。目前市場上的DCS系統(tǒng)制造商的價(jià)格參差不齊，但用戶對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呔取⒏叻€(wěn)定性、快速性的要求是永恒不變的，因此在工程實(shí)踐中經(jīng)常存在不同廠家的產(chǎn)品和系統(tǒng)需要在上位機(jī)集成，而搭建它們之間數(shù)據(jù)交換的橋梁是工業(yè)以太網(wǎng)、串行通信等通信協(xié)議。文章主要介紹浙江中控ECS-700 DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場圖爾克遠(yuǎn)程分布式I/O及電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)通信在大型制藥工程中的應(yīng)用。

1 浙江中控ECS-700系統(tǒng)介紹

ECS-700系統(tǒng)是浙江中控的SUPCON WebField系列DCS控制系統(tǒng)，具有對(duì)大型聯(lián)合機(jī)組的綜合管理能力。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分考慮了大型工廠信息共享和協(xié)同工作的需要。其集成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和一系列應(yīng)用軟件可以幫助用戶及時(shí)獲取決策信息，與不同部門的人員協(xié)作，降低維護(hù)成本，提高生產(chǎn)效率[1]。

ECS-700系統(tǒng)具有開放的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接口，便于與上層信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，可以充分滿足企業(yè)信息管理系統(tǒng)的各種實(shí)時(shí)車間生產(chǎn)信息顯示和觀察的要求。與此同時(shí)，ECS-700系統(tǒng)具有靈活的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及在線擴(kuò)展系統(tǒng)的持續(xù)性，最終目的是減少工廠日后擴(kuò)展系統(tǒng)所需要的大量投資。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 DCS上位機(jī)系統(tǒng)

上位機(jī)采用浙江中控ECS-700集散控制系統(tǒng)對(duì)車間裝置、公用工程以及成套設(shè)備等各種運(yùn)行或故障狀態(tài)下的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視與控制。電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)采用馬達(dá)保護(hù)器及變頻器通過串行通信（RS485）或西門子工業(yè)以太網(wǎng)通信方式Profinet通信進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與現(xiàn)場控制。下文敘述的項(xiàng)目中DCS與遠(yuǎn)程分布式I/O將采用工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP通信，馬達(dá)保護(hù)器采用RS485通信，變頻器采用Profinet通信的方法進(jìn)行通信配置。

2.2 ECS-700系統(tǒng)及遠(yuǎn)程分布式I/O硬件構(gòu)成

浙江中控ECS-700集散控制系統(tǒng)由以太網(wǎng)交換機(jī)、光纖接續(xù)盒、冗余控制器（FCU712-S01）、以太網(wǎng)通信模塊（COM725-S11），其專門用于與圖爾克遠(yuǎn)程I/O工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP連接使用。以太網(wǎng)通信模塊（COM723-S），其是西門子工業(yè)以太網(wǎng)通信方式Profinet通信中控下位機(jī)主站卡件、I/O機(jī)架、模擬量輸出信號(hào)帶可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議（Highway Addressable Remote Transducer，HART）的卡件（AO711-H11）、模擬量輸入信號(hào)帶HART卡件（AO711-H11）、數(shù)字量輸入信號(hào)卡件（DI711-S11，其查詢電壓為24 V，若傳輸?shù)氖菢?biāo)準(zhǔn)的NUMER信號(hào)，則需增加數(shù)字量輸入隔離型安全柵）、數(shù)字量輸出信號(hào)卡件（DO712-S11）以及RS485串行通信模塊（COM741-S01）等硬件組成；圖爾克遠(yuǎn)程分布式I/O由工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP網(wǎng)關(guān)（GEN-3G en）、底板（MT24-3G）、電源模塊（PSM24-3G）、模擬量輸入集成安全柵一體化卡件（AIH401EX）、模擬量輸出集成安全柵一體化卡件（AOH401EX）、數(shù)字量輸入集成安全柵一體化卡件（DM80EX）、數(shù)字量輸出集成安全柵一體化卡件（DO401EX）等硬件組成，可使用于防爆2區(qū)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層使用EtherNet/IP工業(yè)以太網(wǎng)與浙江中控ECS-700 DCS系統(tǒng)上位機(jī)進(jìn)行以太網(wǎng)通信連接，達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸和顯示的目的。

2.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)組成

浙江中控集散控制系統(tǒng)（V4.2版本）的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)軟件、組態(tài)管理軟件以及監(jiān)控和運(yùn)行軟件應(yīng)用于制藥項(xiàng)目的系統(tǒng)上位機(jī)組態(tài)，圖爾克遠(yuǎn)程分布式I/O用于防爆現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，馬達(dá)保護(hù)器和變頻器用于車間電機(jī)的控制和保護(hù)，圖爾克遠(yuǎn)程分布式I/O與DCS上位機(jī)COM725卡件的通信，如圖1所示;馬達(dá)保護(hù)器通過屏蔽雙絞線連接于COM741卡件與上位機(jī)通信，如圖2所示，因RS485通信較簡單，下文不會(huì)詳細(xì)展開敘述；變頻器用Profinet通信，則需要1個(gè)交換機(jī)，先將多個(gè)變頻器單獨(dú)網(wǎng)口分別通過超五類非屏蔽雙絞和水晶頭組合線連接于交換機(jī)上，然后交換機(jī)通過超五類非屏蔽雙絞和水晶頭組合線連接于COM723卡件進(jìn)行通信，具體圖例如圖3所示。

圖1 COM725的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖2 馬達(dá)保護(hù)器與上位機(jī)RS485通訊簡圖

圖3 變頻器與上位機(jī)Profinet通信簡圖

3 EtherNet/IP和Profinet網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)置

3.1 EtherNet/IP通信設(shè)置

浙江中控ECS-700 DCS系統(tǒng)的COM725-S11以太網(wǎng)通信卡件作為EtherNet/IP以太網(wǎng)通信的主站通信口，目的是把標(biāo)準(zhǔn)EtherNet/IP以太網(wǎng)通信從站圖爾克遠(yuǎn)程分布式I/O接收到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)集成到ECS-700系統(tǒng)中來，其IP地址需在軟件中設(shè)置成“192.168.*.*”的格式?，F(xiàn)場及機(jī)柜內(nèi)硬件系統(tǒng)完成搭建后，通過浙江中控DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)軟件、組態(tài)管理軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的組態(tài)以及COM725-S11以太網(wǎng)通信卡件和遠(yuǎn)程分布式I/O的各項(xiàng)數(shù)據(jù)設(shè)置組態(tài)，主要設(shè)置的數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)類型、組態(tài)長度ID號(hào)、IP地址、輸入/輸出通道字節(jié)數(shù)等[2]。主要配置過程參閱浙江中控EtherNet/IP使用手冊(cè)，在這里不做過多詳述。

圖爾克遠(yuǎn)程分布式I/O作為從站，其通過圖爾克組態(tài)修改軟件（TurckServiceTool_V3.2.2.0）對(duì)分布式遠(yuǎn)程I/O各類型卡件進(jìn)行參數(shù)的編輯和修改，其需要編輯的參數(shù)包括IP地址、組態(tài)長度ID號(hào)、輸入/輸出通道字節(jié)數(shù)等，上述列舉的所有參數(shù)必須要與DCS上位機(jī)所設(shè)置的參數(shù)對(duì)應(yīng)[3]，否則會(huì)通信不上，可上圖爾克官網(wǎng)詳細(xì)查看使用說明書，這里不過多詳述。

ECS-700系統(tǒng)與圖爾克遠(yuǎn)程分布式I/O系統(tǒng)通信組態(tài)。浙江中控ECS-700集散控制系統(tǒng)組態(tài)管理軟件中的EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)配置組態(tài)管理軟件（CIPCon）作為EtherNet/IP主站通信的DCS上位機(jī)軟件，其可以配置主站以及從站的相關(guān)詳細(xì)參數(shù)，只有當(dāng)DCS上位機(jī)卡件主站的參數(shù)配置和遠(yuǎn)程分布式I/O從站的參數(shù)配置相對(duì)應(yīng)時(shí)，才能搭建一個(gè)完整的通信橋梁。

3.2 Profinet通信設(shè)置

DCS主站通信模塊COM723-S作為一個(gè)西門子工業(yè)以太網(wǎng)Profinet主站接口，目的是把標(biāo)準(zhǔn)西門子工業(yè)以太網(wǎng)Profinet變頻器從站接收到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)集成到ECS-700系統(tǒng)中來，其IP地址需設(shè)置為“192.168.*.*”的格式?，F(xiàn)場機(jī)柜內(nèi)變頻器和中控通信卡件硬件系統(tǒng)完成搭建后，通過浙江中控DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)軟件、組態(tài)管理軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和必要參數(shù)的組態(tài)[4]。主要配置過程參閱浙江中控Profinet使用手冊(cè)，在這里不做過多詳述。

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信回路中，西門子變頻器作為從站，可通過配置MOP面板對(duì)變頻器通信端口的參數(shù)進(jìn)行組態(tài)，目的是讓其和DCS上位機(jī)的組態(tài)參數(shù)相對(duì)應(yīng)，具體參見西門子變頻器的官方使用手冊(cè)，在這里不做過多詳述。

ECS-700系統(tǒng)與西門子變頻器通信組態(tài)。中控DCS組態(tài)管理軟件中的西門子工業(yè)以太網(wǎng)Profine組態(tài)管理軟件（PNCon）作為DCS與變頻器Profinet通信的上位機(jī)軟件，其可以配置主站以及從站的相關(guān)詳細(xì)參數(shù)。當(dāng)然在這之前還有一個(gè)最重要的步驟就是把西門子工業(yè)以太網(wǎng)Profinet通信配置文件（GSDML），可自行去西門子官方網(wǎng)站下載得到，組態(tài)前先將西門子變頻器設(shè)備Profinet通信配置的GSDML文件通過浙江中控PNCon組態(tài)管理軟件界面，選擇菜單命令【文件/導(dǎo)入GSDML文件】導(dǎo)入，操作成功以后，可以開始西門子工業(yè)以太網(wǎng)Profinet通信組態(tài)[5]，具體配置過程參見浙江中控PNCon軟件使用手冊(cè)。

4 網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)組態(tài)及顯示

在浙江中控ECS-700集散控制系統(tǒng)界面中運(yùn)行系統(tǒng)組態(tài)管理軟件，打開相應(yīng)默認(rèn)工程，然后在“硬件配置”中添加EtherNet/IP或西門子工業(yè)以太網(wǎng)Profinet通信模塊，然后啟用CIPCon或PNCon通信組態(tài)畫面，設(shè)置主站和從站IP地址、數(shù)據(jù)長度、輸入/輸出通道字節(jié)數(shù)等參數(shù)，最后保存組態(tài)配置。然后打開DCS組態(tài)管理軟件，鼠標(biāo)點(diǎn)擊菜單（操作-掃描通道位號(hào)-配置通信位號(hào)策略）等一系列操作之后，就可以將遠(yuǎn)程分布式I/O或者西門子變頻器通過通信傳輸過來的數(shù)據(jù)以掃描新增位號(hào)的方式增加至位號(hào)表相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)地址中。具體參見浙江中控VisualField用戶手冊(cè)、EtherNet/IP使用手冊(cè)以及浙江中控PNCon軟件使用手冊(cè)。

通信橋梁搭建完畢之后，打開浙江中控Visual－Field V4.2組態(tài)管理軟件進(jìn)行編程組態(tài)，具體操作步驟為鼠標(biāo)點(diǎn)擊控制站右擊選擇從組態(tài)服務(wù)器打開控制站，然后編輯位號(hào)表，對(duì)掃描新增的通信數(shù)據(jù)位號(hào)進(jìn)行參數(shù)配置，具體參數(shù)包括位號(hào)、詳細(xì)描述，量程范圍、原始碼值、線性轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)單位等。等數(shù)據(jù)配置完成之后，通過編譯下載、保存到組態(tài)服務(wù)器、同步操作組態(tài)和組態(tài)發(fā)布，最終在監(jiān)控運(yùn)行軟件上進(jìn)行操作與監(jiān)控[6]。

5 結(jié)束語

當(dāng)制藥化工新建項(xiàng)目防爆車間I/O點(diǎn)位超過10 000點(diǎn)時(shí)，就可考慮參考本文上述幾個(gè)章節(jié)所敘述的使用集散控制系統(tǒng)DCS上位機(jī)加遠(yuǎn)程分布式I/O的方案配置，兩者間通過網(wǎng)線和光纖連接通路，這樣的配置可以節(jié)省很多本安電纜和不必要的槽盒、橋架的費(fèi)用，而且后期維護(hù)的時(shí)候，員工能在現(xiàn)場迅速地查明原因和解決問題，最終能為公司工藝生產(chǎn)保駕護(hù)航，避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

綜合這幾年國內(nèi)外在制藥項(xiàng)目上所運(yùn)用的控制方案，該方案在制藥大型項(xiàng)目（模擬量和數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)位非常多）中得到用戶的青睞，目前，整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信運(yùn)行穩(wěn)定。工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP、西門子工業(yè)以太網(wǎng)Profinet現(xiàn)場控制總線作為工業(yè)控制器的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，具有安全性高、傳輸速度快、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，隨著遠(yuǎn)程分布式I/O的普及，以及工廠電氣儀表偏向智能化和統(tǒng)一管理化，各種廠家控制系統(tǒng)差異化都將在上位機(jī)達(dá)成統(tǒng)一管理，從而達(dá)到現(xiàn)場控制和監(jiān)控的便利。在今后，這種形式將會(huì)越來越多。