段彤

（北京國(guó)電清新環(huán)保技術(shù)股份有限公司，北京 100142）

0 引言

EDPF-NT Plus系統(tǒng)問(wèn)世以來(lái)，在火電系統(tǒng)的機(jī)組控制的應(yīng)用上獲得了巨大成功。本次在鹽倉(cāng)污水處理廠污泥處理裝置中，通過(guò)EDPF-NT Plus的通訊模塊再通過(guò)Modbus-RTU總線對(duì)制氧機(jī)、電磁加熱器、電熱管加熱器等成套設(shè)備進(jìn)行控制和監(jiān)視，是EDPF-NT Plus系統(tǒng)在污水處理領(lǐng)域應(yīng)用的一個(gè)重要嘗試。提供了既利用EDPF-NT Plus系統(tǒng)的控制算法豐富、人機(jī)界面友好、運(yùn)行安全可靠等特點(diǎn)，又最大程度地發(fā)揮裝置中各分系統(tǒng)的效能，節(jié)約投資的一個(gè)設(shè)計(jì)思路。

1 國(guó)電智深EDPF-COMII通訊模塊概述與接線方式

EDPF-COMII通訊模塊是國(guó)電智深EDPF-NT分布式網(wǎng)絡(luò)測(cè)量單元，具有4個(gè)RS485串口，1個(gè)RS232串口。其中，兩個(gè)RS485串口用HDLC協(xié)議和DCS的DPU（Distributed Control Unit）通訊，剩下兩個(gè)RS485串口可獨(dú)立設(shè)定為Modbus總線的主站或從站。

每一路串口通道最多可以帶32個(gè)從站（slave），每個(gè)COM-II通訊模塊有1028個(gè)寄存器。其中，0～128的寄存器為數(shù)字量、模擬量混用寄存器，128～1028的寄存器為模擬量專用寄存器。如果0～128個(gè)寄存器完全用于數(shù)字量使用,則可以有128×16=2048個(gè)數(shù)字量。這剩下的兩個(gè)和外部設(shè)備通訊的RS485接口可以共用這個(gè)通訊模塊中的1028個(gè)寄存器。

RS485接口與S7-200PLC接線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，一路RS485接口可以構(gòu)成一個(gè)Multidrop的串口總線。作為從站（slave）的電加熱器、制氧機(jī)、電磁加熱器的S7-200PLCCN系列的PLC，并行連接到RS485的主干通道上。其中電加熱器的從站地址（Node）為20、制氧機(jī)的從站地址（Node）為21、電磁加熱器的從站地址（Node）為22。

圖1 COMII通訊模塊與電加熱器、制氧機(jī)、電磁加熱器通訊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖Fig.1 The Network Topology of the COMII Module and Heater,Oxygenator,as well as Galvanothermy Tube

圖2 模塊SAMA圖Fig.2 The module SAMA diagram

圖3 超級(jí)終端輸入指令界面Fig.3 The instructions interface of hyper terminal

2 通訊模塊的參數(shù)設(shè)置和模塊SAMA圖組態(tài)及邏輯SAMA圖組態(tài)

EDPF-COMII模塊配有單獨(dú)的RJ11的監(jiān)控口，用戶可以通過(guò)它，利用專用的RS232的電纜和Window2000或WindowXP的超級(jí)終端（如圖3所示），對(duì)Modbus任務(wù)進(jìn)行設(shè)置，并監(jiān)視、檢查EDPF-COMII模塊的運(yùn)行狀態(tài)。

2.1 通訊模塊的基本參數(shù)的設(shè)置

首先確定S7-200PLC的串行接口的通訊參數(shù)：通訊速率為9600，無(wú)奇偶校驗(yàn)位、8位數(shù)據(jù)位[1]，然后用S命令設(shè)定COMII通訊模塊的參數(shù)：#S=COM2 9600 N 8 1 1 M 1000，和S7-200PLC的通訊參數(shù)相對(duì)應(yīng)。上述命令共有7項(xiàng)，其中第0項(xiàng)表示要設(shè)定的端口號(hào)；第1項(xiàng)表示要設(shè)定通訊口的波特率，除本端口設(shè)定的9600bit/s外，還支持19200bit/s、57600bit/s、115200bit/s等；第2項(xiàng)表示奇偶校驗(yàn)，0表示奇校驗(yàn)，E表示偶校驗(yàn)，N表示無(wú)校驗(yàn)；第3項(xiàng)表示8位數(shù)據(jù)位；第4項(xiàng)表示1位停止位；第5項(xiàng)的意思如下：通訊模塊作為主站時(shí)無(wú)意義，通訊模塊作為從站時(shí)表示從站的地址，可以隨意設(shè)定；第6項(xiàng)表示此通訊口設(shè)定為主站模式（master）還是從站模式（slave）；第7項(xiàng)表示此串口每項(xiàng)通訊任務(wù)執(zhí)行正確后的延長(zhǎng)時(shí)，這里為1000×2ms=2s。

2.2 以電熱管加熱器為例的COMII通訊模塊的SAMA圖組態(tài)

如圖2所示，國(guó)電智深EDPF-NT Plus系統(tǒng)的模塊組態(tài)和邏輯組態(tài)基于Visio平臺(tái)。在Visio的IO模具中找到COMAI、COMAO、COMAO的模塊。然后拖入到Visio的空白處，其中COMAI在系統(tǒng)的屬性中選擇主模塊地址為18，卡件的位置為C6（第C排的第6個(gè)）。主模塊寄存器起始地址為1000；COMAO的主模塊地址為18，卡件的位置為C6，主模塊寄存器的起始地址為1064，第二塊COMAO的起始地址為1128（模擬量占用兩個(gè)寄存器）。和普通的數(shù)字量和模擬量不同的是，COM通訊模塊依據(jù)對(duì)其寄存器分配情況，可以在模塊組態(tài)中對(duì)應(yīng)多個(gè)虛擬模塊。因?yàn)镾7-200PLC的通訊模塊的寄存器需要接收的是整數(shù)型數(shù)據(jù)，所以這里選擇的數(shù)據(jù)類型為uint16。

2.3 通過(guò)Windows超級(jí)終端對(duì)通訊模塊的寄存器進(jìn)行設(shè)置

2.3.1 Modbus的功能碼中W命令的格式

W命令在“=”后面有0～7，共8個(gè)參數(shù)項(xiàng)，命令的格式為

評(píng)語(yǔ)集N={優(yōu)，良，中，差}，其中，優(yōu)(4分)，良(3分)，中(2分)，差(1分)；權(quán)重集X={0.15,0.35,0.20,0.30}，即色澤15分，口感35分，組織狀態(tài)20分，風(fēng)味30分，共100分。

COM1 TASKID(0～255) SLAVEADDR(1～128) FUNC SAddr NRegs MemSAddr TOver[2]

其中，參數(shù)的含義如下：

第0項(xiàng)為要設(shè)定的通訊端口號(hào)，在本項(xiàng)目中本文用通訊模塊的第二通道與加熱器相連。所以，在第0項(xiàng)設(shè)定為COM2；TASKID(0～255)表示從第0個(gè)任務(wù)開(kāi)始的任務(wù)列表；SLAVEADDR(1～128)表示COM模塊要訪問(wèn)的設(shè)備地址，在Multidrop的模式下，電加熱器S7-200PLC中已經(jīng)設(shè)定好的設(shè)備地址為20，此處設(shè)定也為20。

FUNC是命令功能代碼：

功能碼1：讀取從站的只讀線圈狀態(tài)（00001按位寫至內(nèi)存）。

功能碼2：讀取從站只讀開(kāi)關(guān)量狀態(tài)（10001按位寫至內(nèi)存中）。

功能碼3：讀取從站中保存寄存器（40001）開(kāi)始的內(nèi)容寫至內(nèi)存中。

功能碼4：讀取從站模擬量寄存器（50001）開(kāi)始的內(nèi)容寫到內(nèi)存中。

功能碼5：讀取COM模塊中內(nèi)存的數(shù)據(jù)，僅從0～127個(gè)寄存器中某一位中讀取。

功能碼16：讀取COM模塊中的內(nèi)存數(shù)據(jù)，寫至從站中（40001）開(kāi)始的保存寄存器[3]。

SAddr：Multidrop總線網(wǎng)絡(luò)的下面各S7-200PLC的寄存器或線圈的起始地址，輸入數(shù)值=起始地址-4000，如果起始地址為4006，則輸入的數(shù)值應(yīng)為6。

圖4 點(diǎn)記錄編輯界面一Fig.4 The 1st interface of point editor

圖5 點(diǎn)記錄編輯界面二Fig.5 The 2nd interface of point editor

圖6 邏輯SAMA圖Fig.6 The logic SAMA diagram

NRegs：讀寫寄存器或者線圈的數(shù)量。

MemSAddr：表示輸入輸出數(shù)據(jù)位對(duì)應(yīng)的EDPF-COMII模塊內(nèi)存區(qū)起始地址。

Tover：通訊任務(wù)等待超時(shí)（單位時(shí)間為2ms）。

2.3.2 FUNC命令3號(hào)功能碼的使用

例如#W=COM2 0 20 3 6 1 1000 1000，這個(gè)命令行表達(dá)的意思是：設(shè)定的通訊模塊的端口號(hào)為COM2，第0個(gè)任務(wù)，讀取的從站為Multidrop的第20號(hào)站，讀取從站中4006寄存器的狀態(tài)，存入COM通訊模塊中地址為1000的寄存器中，通訊任務(wù)的等待超時(shí)為2ms×1000=2s。

2.3.3 FUNC命令16號(hào)功能碼的使用

例如#W=COM2 15 20 16 0 1 1064 1000，這個(gè)命令行表達(dá)的意思是：設(shè)定的通訊模塊的端口號(hào)為COM2，第15個(gè)任務(wù)，從站為Multidrop的第20號(hào)站，將COMII通訊模塊中1064的寄存器中的內(nèi)容，寫入S7-200PLC中地址為4000的寄存器中，通訊任務(wù)的等待超時(shí)為2ms×1000=2s。

2.4 利用點(diǎn)記錄編輯器對(duì)COM模塊點(diǎn)增加點(diǎn)

和增加普通模塊的點(diǎn)一樣，也可以用點(diǎn)記錄編輯器給COM模塊增加數(shù)字量點(diǎn)和模擬量點(diǎn)。設(shè)置點(diǎn)名為2COM1064（見(jiàn)圖4），選擇的模塊為DPU_C6_1064（見(jiàn)圖2），選擇的通道為1，因?yàn)镾7-200PLC的地址表為4000的寄存器要求量程的范圍是（32000～6400），所以在圖5的信號(hào)上下限設(shè)定：32000～6400（這一點(diǎn)和普通的硬接線點(diǎn)不一樣）；在量程上下限設(shè)定：32000～6400。

2.5 對(duì)COMAO模塊中的點(diǎn)進(jìn)行SAMA邏輯組態(tài)

圖6為邏輯SAMA圖，圖形的左邊是模擬量算法和開(kāi)關(guān)量算法選擇庫(kù)，功能塊T為轉(zhuǎn)換模塊，當(dāng)虛線的選擇的箭頭的邏輯為1時(shí)，Y引腳的邏輯就處于導(dǎo)通狀態(tài)[4]。SH999_TEMPT和MANUAL_AUTO1兩個(gè)中間數(shù)字量點(diǎn)同時(shí)為1時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)加熱器所控制的溫度-氧化反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)溫度TI103_TE通過(guò)折線函數(shù)f(x)自動(dòng)給2COM1064賦值；如果SH999_TEMPT和MANUAL_AUTO1兩個(gè)中間數(shù)字量點(diǎn)有一個(gè)為0時(shí)，則可以進(jìn)行手動(dòng)賦值。這樣，通過(guò)Mulidrop網(wǎng)絡(luò)，COM_II通訊卡的第1064個(gè)寄存器內(nèi)的整數(shù)數(shù)據(jù)，就可以傳到S7-200PLC的以4000為起始地址的寄存器中。經(jīng)S7-200PLC轉(zhuǎn)換后，通過(guò)AO通道給可控硅控制器的輸出賦值，完成調(diào)功加熱工作。

3 結(jié)束語(yǔ)

在污泥處理中，利用DCS的通訊模塊與分系統(tǒng)的PLC采用Multidrop方式通訊有如下優(yōu)點(diǎn)：

可以保持原有分系統(tǒng)的完整性。各個(gè)分系統(tǒng)的廠家對(duì)其設(shè)備非常熟悉，在配置參數(shù)的時(shí)候，必然采取最佳方案，尤其是制氧機(jī)、電熱管加熱器等較為復(fù)雜的分系統(tǒng)，采用其生產(chǎn)廠家配套的PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、參數(shù)控制，就更加安全、精確、迅速。這就避免了因DCS組態(tài)人員對(duì)于分系統(tǒng)的工藝、設(shè)備不熟悉或者硬件配置上的失誤而延長(zhǎng)調(diào)試時(shí)間或在調(diào)試過(guò)程中造成不必要的設(shè)備損壞或人員傷害。

可以大量節(jié)省DCS硬件投資。以此次鹽倉(cāng)污泥處理項(xiàng)目為例，如果所有的信號(hào)都通過(guò)硬接線接入DCS，就會(huì)需要大量的電纜。經(jīng)過(guò)計(jì)算,電加熱器、制氧機(jī)、電磁加熱器的S7-200PLC的投資也遠(yuǎn)小于所需增加的DCS模塊的投資。

[1]張子榮.S7-200PLC的Modbus RTU的從站通訊在化工火炬中的應(yīng)用[J].中國(guó)石油化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2012,4:22-23.

[2]北京國(guó)電智深控制技術(shù)有限公司,EDPF-NT Plus通訊模塊COMII使用手冊(cè)[Z].2009,4:5-8.

[3]呂國(guó)芳,唐海龍,李進(jìn).基于Modbus RTU的串口調(diào)試軟件的實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2009,(19)9:236-239.

[4]北京國(guó)電智深控制技術(shù)有限公司,EDPF-NT Plus控制算法參考手冊(cè)[Z].2010,12:162-166.