哈尔滨西门子授权代理商CPU供应商

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1 引言

万立氧空分装置是2008年辽化公司20万吨/乙二醇改造的配套项目,该装置仪控系统采用了的Honeywell PKS集散控制系统来实现对整个装置的各系统及主要设备的工艺参数的监控,并实现各主要操作阀门、切换阀门的自动控制或遥控操作，以及必要 的联锁保护措施。氮压机选用Ingersoll—rand的CENTAC 3C70MX5N2型压缩机,该压缩机配置立的控制系统CM C控制器,为了有效的监控氮压机的运行参数,我们利用Modbus协议实现了Honeywell PKS集散系统与Ingersoll—rand CM C可编程序控制器之间串行通讯。

2 Modbus协议简介

Modbus是Modicon公司于1 979年提出的一种通信协议,经过多年的实际应用,已经成为一种应用于工业 控制器上的标准通信协议。有了它,不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络,进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了控制器请求访问其它设备的过程，以及怎样侦测错误并记录，它了消 息域格局和内容的公共格式[5]。当在Modbus网络上通 信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地 址,识别按地址发来的消息,决定要产生何种行动。如果需要回应,控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。标准的Modbus口是使用RS-232C兼容串行接口,它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。控制器能直接或经由MOdem组网。

2.1 Modbus报文

Modbus通信使用主从技术,即仅设备 (主设备)能初始化传输(查询)。其它设备(从设备)根据主设备查询提供的数据作出相应反应。主设备可单和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果 单通信，从设备返回消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。Modbus协议建立主设备查询的格式：设备(或广播)地址、功能代码、所有要 发送的数据、错误检测域。从设备回应消息也由Modbus协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回 的数据、和错误检测域。如果在消息接收过程中发生错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立错误消息 并把它作为回应发送出去。

2.2 Modbus传输I方式

Modbus协议有两种传输模式ASCII(美准信息交换代码)或RTU(远程终端单元)。它定义了在这些网络上连续传输的消息段的每一位,以及决定怎样将打包成消息域和如何解码。用户选择想要的模式,包括串口信参数(波特率、校验方式等),在配置每个控制器的时候,在一个Modbus网络上的所有设备都选择相同的传输模式和串口参数。ASCII模式通信的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误。RTU模式通信的主要优点是：在同样的波特率下,可比ASCII方式传送多的数据。

2.3错误检测方法

标准的Modbus串行网络采用两种错误检测方法。奇偶校验对每个字符都可用，帧检测(LRC或CRC)应用 于整个消息。它们都是在消息发送前由主设备产生的,从设备在接收过程测每个字符和整个消息帧。

用户要给主设备配置一预先定义的时时间间隔，这个时间间隔要足够长，以使任何从设备都能作为 正常反应。如果从设备测到一传输错误，消息将不会 接收，也不会向主设备作出回应。这样时事件将触 发主设备来处理错误。发往不存在的从设备的地址也 会产生时。

3 CMC控制器

CM C控制器是Ingersoll—rand CENTA C 3C70MX5N2型压缩机随机配置的可编程序控制器，用来管理氮压机各种压力的控制和监控功能，以及控制辅 助设备，如主电机启动器，润滑油加热器和预润滑油泵。 其功能如下：

·多功能LED显示屏显示数据和工作状态。

·完成多种性能控制：卸载，调制和自动一双重工 作方式。

·的喘振监测与控制。

·高电流限制，用于主驱动电机保护。

·快速指示和事件纪录，有助于确定压缩机跳闸的 根本原因。

CM C控制器提供RS422/RS485串行通讯接口，通 过MODBUS协议与具有RS422/485端口的系列装置通 信，以适应远程遥控和监控的需要。

利用MOdbus协议www.，我们采用RTU通讯模式，把 CM C控制器作为从设备，设备地址设置为2，通讯波特 率为9600，校验方式为奇校验，通讯方式为全双工。

4 PKS系统的通讯功能

PKS系统是Honeywell公司推出的新一代DCS系 统，全称为Experion Process Knowledge Solution System，它支持多种类型的控制器通讯，例如Modicon PLCS，Honeywell 9000系列和Alien—Bradley，并可以灵 活的采用多种连接方式。如果控制器本身带网络接口，可以直接连接到网络上，如果控制器带有串口，可以通 过“终端服务”(terminal sever)连接到网络上。一个“终 端服务”允许多个控制器同时连接到网络上，并提供多种的连接接口RS一232，RS-422，RS一485。所谓“终端 服务”其实质就是Modbos协议。我们利用“终端服务” 配置方式实现了Honeywell PKS集散系统与Ingersollrand CMC可编程序控制器之间串行通讯。

4.1硬件说明

串行接口模件(SIM)是安装在PKS系统标准卡槽上的双宽度I/O模件，它的功能是实现通过FTA(现场端子 板)连接串行接口模件(SIM)的现场设备与PKS控制器之间通讯的桥梁。串行接口模件可以提供与单FTA电源 适配器连接的两个FTA通讯的两个串口的双向通讯接 口，它不存储和保持任何现场I/O设备的组态数据和实时数据，它只在与它相连接的现场设备与控制器之间传送数据参数。

F T A采用插接模件根据现场设备的需要选用的串行接口，共有两种标准的FTA产品。

·MU—TSIMl2 Modbus型FTA提供点对点RTU EIA一232(RS一232)或EIA一422/485(RS-422/485)多点通 讯接口。

·MU—TSIAl2 Allen—Bradley(A—B)型FTA提供一 个EIA一232(RS-232)通讯接口用于DF 1通讯协议的A— BPLC-2，PLC-3CONTROL ENGINEERING China版权所有，PLC-5等现场设备。

在此我们选用种产品

一个SIM卡可带两个FTA接线端子板(即FTA A， FTA B图2)，由单电源模块供电，每个FTA接线端子 板通过屏蔽双绞通讯线与三方设备连接。需要注意 各通讯设备以总线方式接入(即相互串连起来后接人 FTA端子上)，当通讯距离过1 00米或干扰很强时两端 均应加上120欧姆电阻，连接三方通讯设备到FTA端 子的大接线长度不应过300米，如过300米应采 用信号中继器或放大器，每个FTA接线端子板多可接 入的设备为1 5个。

4.2软件说明

PKS系统组态工具中提供一种SIM I/ O模件功能块来实现将一个S I M组态并分配给一个控 制器。当SIM功能块一旦指派并下装到的控制器， SIM和控制器之间便可以建立通讯关系，但这并不意味 着SIM和现场设备也建立了通讯关系，为了与现场设备 建立起通讯关系还要组态、指派下装串行接口通道阵列功能块(SI)到CM(控制模件)。SI阵列通道功能块有三种：

Numeric(SINUMARRCH)：接收/发送数值型量，包 括整数、浮点数;

Flag(SIFLAGARRCH)：接收/发送布尔量，即标志位;

Text(SITEXTARRCH)：接收/发送字符型量。

4.3组态说明(以SlNUMARRCH功能块为例)

(1)每个SIM卡有32个软通道(Channel)，其中0～1 5通道与连接在FTA“A”板上的三方设备的进行通讯，而16～31通道与通道与连接在FTA“B”板上的三方设备的进行通讯。当只有1个FTA板时，那么这块FTA板配置成FTA“A”使用(即按1图将FTA 接到Power Adapter的“ChannelA”上)，且只能使用 0～1 5通道。

(2) Control Builder中SI通讯功能块(软通道类 型)有三种：

对于一个“SINUMARR CH”功能块(即一个软通道)，可接收/发送多16个32位浮点数或32个16位 整型数。

(3)组态

具体组态见图4。

Serial bbbb Device Address：为设备地址，即 Modbus ID;

Starting Element Index：为接收/发送数据的起始地址，此为三方厂家提供的，是modbus通讯寄存器地址，1个寄存器地址存储一个1 6位二进制数;

Number of Numeric Value：接收/发送的数据 的个数。

其中Starting Element Index的设置也包含了接收/ 发送数据的类型控制工程网版权所有，这是通过其位的数字来识别的(如 图4中的Starting Element Index设置为20020，其 位数字为2，表示接收/发送的数据类型为可读写的3 2 位浮点数)。

这里需要注意的是一个S I N U M A R R C H块 (SIFLAGARRCH或SITEXTARRCH)只能设置为一种数 据类型，且接收/发送数据的地址是连续的。故 Number。of Numeric Value这一项设置的值是从起始 地址开始连续存储的数据的个数;如果三方设备发 送/接收数据的Modbus存储地址是放在不连续的几个 地址段上，那么就用多个SINUMARRCH块来接收 不同地址段的数据。

5 结束语

目前，石油气生产装置中，普遍存在着DCS与 其他多个控制系统同时使用的情况，这些控制 系统包括PL C、数据采集器和各种智能仪表。若将多个 系统融合成一个整体，使所有监视、控制都在D CS上进 行，就涉及D C S与其他控制系统的通讯问题。目前，Modbus协议是应用为广泛的一种形式，需特别注 意的是：在MOdbuS网络上传输方式和串行参数(波特 率、校验方式等)对各装置的设置是相同的。

随着PLC在工业自动控制系统中的应用越来越广泛，对PLC的正确选型非常重要。从工作量、工作环境、通信网络、编程、与监控系统的通信、可延性、售后服务与技术支持、性价比等八个方面提出了在自动控制系统设计中对PLC选型的看法。
可编程控制器（programmable logical controller，简称PLC）已经越来越多地应用于工业控制系统中，并且在
自动控制系统中起着非常重要的作用。所以，对PLC的正确选择是非常重要的。
面对众多生产厂家的各种类型PLC，它们各有优缺点，能够满足用户的各种需求，但在形态、组成、功能、网络、编程等方面各不相容，没有一个统一的标准，无法进行横向比较。下面提出在自动控制系统设计中对PLC选型的一些看法，可以在挑选PLC时作为参考。
可以通过以下几方面的比较，挑选到适合的产品。
一、工作量
这一点尤为重要。在自动控制系统设计之初，就应该对控制点数（数字量及模拟量）有一个准确的统计，这往往是选择PLC的要条件，一般选择比控制点数多10%~30%的PLC。这有几方面的考虑：
1、可以设计过程中遗漏的点；
2、能够保证在运行过程中个别点有故障时，可以有替代点；
3、将来增加点数的需要。
二、工作环境
工作环境是PLC工作的硬性指标。自控系统将人们从繁忙的工作和恶劣的环境中解脱出来，就要求自控系统能够适应复杂的环境，诸如温度、湿度、噪音、信号屏蔽、工作电压等，各款PLC不尽相同。一定要选择适应实际工作环境的产品。
三、通信网络
现在PLC已不是简单的现场控制，PLC远端通信已成为控制系统解决的问题，但各厂家的通信协议千差万别，兼容性差。在这一点上主要考虑以下方面：
1、同一厂家产品间的通信。各厂家都有自己的通信协议，并且不止一种。这在大、中型机上表现明显，而在小、微型机上不尽相同，一些厂家出于容量、价格、功能等方面考虑，往往没有或者有与其它协议不同，而且比较简单的通信。所以，在这方面主要考虑的是同一厂家不同类型PLC之间的通信；
2、不同厂家产品间的通信。若所进行的自动控制系统设计属于对已有的自控系统进行部分改造，而所选择的是与原系统不同的PLC，或者设计中需要2个或2个以上的PLC，而选用了不同厂家的产品，这就需考虑不同厂家产品之间的通信问题；
3、是否有利于将来。由于各厂家的通信协议各不相同，上也无统一标准，所以在PLC选型上受到很大限制。就要考虑影响面大、有发展的、功能完备、接近通用的通信协议。
四、编程
程序是整个自动控制系统的“心脏”，程序编制的好坏直接影响到整个自动控制系统的运作。编程器及编程软件有些厂家要求额外购买，并且价格不菲，这一点也需考虑在内。
1、编程方法
一种是使用厂家提供的编程器。也分各种规格型号，大型编程器功能完备，适合各型号PLC，价格高；小型编程器结构小巧，便于携带，价格低，但功能简单，适用性差；另一种是使用依托个人电脑应用平台的编程软件，现已被大多数生产厂家采用。各生产厂家由于各自的产品不同，往往只研制出适合于自己产品的编程软件，而编程软件的风格、界面、应用平台、灵活性、适应性、易于编程等都只有在用户亲自操作之后才能给予评价。
2、编程语言
编程语言为复杂，多种多样，看似相同，但不通用。常用的可以划分为以下5类编程语言：
（1）梯形图
这是PLC厂家采用多的编程语言，初是由继电器控制图演变过来的，比较简单，对离散控制和互锁逻辑为有用；
（2）顺序功能图
它提供了总的结构，并与状态定位处理或机器控制应用相互协调；
（3）功能块图
它提供了一个有效的开发环境，并且特别适用于过程控制应用；
（4）结构化文本
这是一种类似用于计算机的编程语言，它适用于对复杂算法及数据处理；
（5）指令表
它为优化编码性能提供了一个环境，与汇编语言非常相似。
厂家提供的编程软件中一般包括一种或几种编程语言，如TE公司的Xbbb编程软件可以使用梯形图（Ladder）、顺序功能图（Grafcet）、结构化文本（Literal）3 种编程语言；Siemens公司的Step7编程软件可以使用梯形图（Ladder）、指令表（STL）两种编程语言；Modicon公司的Modsoft编程软件只使用梯形图（984 梯形）一种编程语言，而另一个Concept编程软件可以使用5种编程语言，依次为梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）、指令表（IL）。同一编程软件下的编程语言大多数可以互换，一般选择自己比较熟悉的编程语言。
3、存储器
PLC存储器是保存程序和数据的地方，分内制式和外插式两种，存储器容量在512~128M字节之间，一定要根据实际情况选取足够大的存储器，并且要求有一部分空余作为缓存。
PLC存储器按照类型可分随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除只读存储器（EPROM）等。RAM可以任意读写，在掉电后程序只能保持一段时间，适合于在自控系统调试时使用。ROM只能读不能写，程序是由厂家或开发商事先固化的，不能改，即使失电也不丢失。EPROM与ROM只是EPROM通过特殊的方式（如紫外线）可以擦除再写，适合于应用在长时间工作而改动不大的系统中。
4、易于改
PLC较继电器控制的另一个优势在于它可以根据实际需要任意改控制结构（或控制过程），这就要求改程序方便快捷。
5、是否有模块
部分生产厂家的PLC产品提供一些模块，如通信模块、PID控制模块、计数器模块、模拟输入/输出模块等。在软件上也提供了与此相对应的程序块，往往只是简单的输入一些参数就能实现，便于用户编程。
五、与监控系统的通信
1、人机对话操作台。这是监控系统的早期产品类型，是生产厂家专为自己的PLC产品设计的，适合于点对点控制。结构简单，功能少，面板控制，操作较易，现仍然广泛地应用于现场控制系统中。其优点是在远端控制失效的时候，仍能很好地控制现场。
2、随着计算机的不断发展，依靠PC（包括工控机）的监控系统越来越多地应用在自控系统中，这种监控系统一种是PLC开发商专为自己的（或特定的）产品量身定做的；另一种是软件开发公司开发的适合大多数PLC产品的监控系统。种与PLC产品的相容性强，能够根据PLC产品的特点相应的控制方案，应该说仍以PLC为；后一种则抛开了PLC产品，注重计算机在图像、动画、声音、网络、数据等方面的优势，给二次开发人员了较宽松的开发条件，往往可以制作出的监控系统，只要有相应的通信协议（目前已拥有了绝大多数生产厂家的通信协议），就可以与各种类型PLC相连，是当今自控系统。所以，在这方面应考虑所选的PLC与监控系统的通信方式是否可行。
六、可延性
这里包括三个方面含义：
1、产品寿命。大致可以保证所选择的PLC的使用年限，尽量购买生产日期较近的产品；
2、产品连续性。生产厂家对PLC产品的不断开发升级是否向下兼容，这决定是否有利于现系统对将来新增加功能的应用。
3、产品的新周期。当某一种型号PLC（或PLC模块）被淘汰后，生产厂家是否能够保证有足够的备品（或备件）。这时应考虑选择当时比较新型的PLC。
七、售后服务与技术支持
1、选择好的公司产品；
2、选择信誉好的代理商；
3、是否有较强的售后服务与技术支持。
八、性价比
相对于自控系统性能的好坏于价格的选择。只是在几项比较接近，又不易选择时，才考虑价格因数，选择性价比比较高的产品。
在实际选型过程中，往往受到多方面的制约，不一定要考虑以上全部方面，但其中有些项是考虑的，而存在的问题也通过其它替代方式加以解决。
一般来说通过前5项的比较，已可确定2~3种产品，再考虑到后几项，便可选中较满意的PLC。随着科学技术的不断发展，PLC产品也一定会有一个统一的标准。那时，挑选PLC将不再是困难的事情。