王 喆 呂建萍 龐 銳

(中國石油蘭州石化公司設(shè)備維修公司)

SAAB雷達(dá)液位計(jì)與SimensPLC系統(tǒng)的通信實(shí)現(xiàn)*

王 喆 呂建萍 龐 銳

(中國石油蘭州石化公司設(shè)備維修公司)

介紹SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)內(nèi)部的通信設(shè)置和TRL/2現(xiàn)場總線轉(zhuǎn)換為RS232、RS485通信協(xié)議的方法，給出與SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)通信的Simens PLC系統(tǒng)所使用到的通信模件，分析Simens PLC系統(tǒng)通信模件的通信接口組態(tài)及其設(shè)置，最終實(shí)現(xiàn)了SAAB雷達(dá)液位計(jì)與Simens PLC系統(tǒng)之間的通信。

通信 SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng) Simens PLC

SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)(即SAAB雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng))是用于儲罐液位計(jì)量的跟蹤監(jiān)視和控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可與各類傳感器連接，實(shí)現(xiàn)儲罐的完全監(jiān)控。在系統(tǒng)的各單元之間設(shè)置分布式智能單元連續(xù)收集并處理信息，當(dāng)接收到信息請求時(shí)，立即做出響應(yīng)，發(fā)送經(jīng)過更新的信息。通過現(xiàn)場總線，各單元之間實(shí)現(xiàn)相互通信，SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)可以測量許多介質(zhì)的儲罐液位，包括原油、精煉石油、腐蝕性化學(xué)品及液化天然氣等。儲罐雷達(dá)液位計(jì)向儲罐內(nèi)介質(zhì)表面發(fā)射微波，根據(jù)介質(zhì)表面的回波計(jì)算液位。通過使用合適的儲罐連接單元，SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)可以對任何類型的儲罐進(jìn)行計(jì)量。SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)內(nèi)部通過現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)通信，對外通過RS232、RS485實(shí)現(xiàn)通信，筆者主要介紹SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)與Simens PLC系統(tǒng)的通信實(shí)現(xiàn)過程。

1 SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)內(nèi)部通信設(shè)置

1.1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

目前，SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)主要采用RTG3900和RTG5900兩個(gè)系列的產(chǎn)品。RTG3900雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)(圖1)主要由雷達(dá)液位計(jì)RTG(可連接壓力變送器，采集液位、壓力信號)、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集單元DAU(可連接多點(diǎn)溫度計(jì)，采集溫度信號，實(shí)現(xiàn)就地顯示)及FCU2160現(xiàn)場通信單元等基本部件組成，內(nèi)部采用TRL/2現(xiàn)場總線協(xié)議通信；RTG5900雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)是由5900S雷達(dá)液位計(jì)(可連接3051S壓力變送器，實(shí)現(xiàn)壓力、液位信號采集)、2240S多點(diǎn)溫度變送器(可連接多點(diǎn)溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)溫度信號的采集)、2410儲罐Hub及FCU2160現(xiàn)場通信單元等組成，內(nèi)部采用Foundation現(xiàn)場總線協(xié)議通信。另有輔助設(shè)備現(xiàn)場總線調(diào)制解調(diào)器FBM，用作RS232C和現(xiàn)場總線之間的協(xié)議、接口轉(zhuǎn)換，可將安裝雷達(dá)組態(tài)軟件TankMaster WinSetup的微機(jī)與現(xiàn)場總線連接。在SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)中各部件有各自的UI號，SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)內(nèi)部通過各自的UI號和地址進(jìn)行尋址通信。

各系列雷達(dá)液位計(jì)可共用FCU現(xiàn)場通信單元，F(xiàn)CU對來自儲罐雷達(dá)液位計(jì)和數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行輪詢并將存儲在緩沖存儲器內(nèi)，用作現(xiàn)場總線與MODBUS之間的協(xié)議、接口轉(zhuǎn)換，具有分組總線與現(xiàn)場總線之間的網(wǎng)關(guān)或數(shù)據(jù)集中器功能，是雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)與DCS、PLC通信的對外接口設(shè)備。

1.2系統(tǒng)內(nèi)部通信設(shè)置

Rosemount廠家提供了TankMaster軟件包，包含Winopi、Winsetup兩個(gè)軟件模塊。Winopi用于監(jiān)測測量數(shù)據(jù)，Winsetup用于SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)的各設(shè)備組態(tài)配置以及通信設(shè)置。

在進(jìn)行通信設(shè)置前結(jié)合雷達(dá)液位計(jì)安裝數(shù)量和安裝位置分配各雷達(dá)液位計(jì)在FCU的通信地址和接線端口，如FCU的通信地址常設(shè)為201、雷達(dá)液位計(jì)通信地址從1開始、對應(yīng)的DAU通信地址加100，如101，依次類推。

圖1 SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

打開Winsetup，首先設(shè)置WinSetup的微機(jī)通信協(xié)議、接口參數(shù)(圖2)；其次使用Winsetup對SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)的各設(shè)備(雷達(dá)液位計(jì)、DAU等)一一安裝、組態(tài)，組態(tài)內(nèi)容有：每臺雷達(dá)液位計(jì)的儀表位號、UI號對應(yīng)的地址、該雷達(dá)液位計(jì)連接的DAU的UI對應(yīng)的地址、雷達(dá)液位計(jì)的罐高、DAU連接的熱電阻的類型和量程、壓力變送器的量程及單位等(圖3)。

圖2 通信協(xié)議設(shè)置界面

圖3 雷達(dá)液位計(jì)和DAU組態(tài)設(shè)置界面

組態(tài)、調(diào)試好雷達(dá)液位計(jì)，即可實(shí)現(xiàn)各參數(shù)(如壓力、液位、溫度)的采集，并實(shí)現(xiàn)在DAU液晶屏上就地顯示。

現(xiàn)場通信單元FCU共有6個(gè)連接端口X1～X6，用于連接通信接口板FCM。這些連接端口可單獨(dú)組態(tài)為分組總線端口(GB)或現(xiàn)場總線端口(FB)。但同時(shí)最多只能組態(tài)4個(gè)分組總線端口或4個(gè)現(xiàn)場總線端口。每種方案最大限度的組態(tài)形式只能是2+4、3+3或4+2個(gè)總線端口。一般采用4+2方案，即可在X5、X6端子上連接跨接配套短接片，用于RS232C分組總線通信；或在X5、X6端子上連接FCI卡，實(shí)現(xiàn)RS485通信。其余4個(gè)端口用于連接現(xiàn)場總線電纜，每個(gè)現(xiàn)場總線端口(FB)可接收8臺雷達(dá)液位計(jì)的通信信號，即每臺FCU最多通信32臺雷達(dá)液位計(jì)。具體步驟如下：

a. 安裝FCU。首先在Winsetup軟件上安裝FCU，建立FCU通信，定義FCU的儀表位號(如FCU201)、FCU的UI號對應(yīng)的地址(如201)。

b. 組態(tài)FCU。打開FCU組態(tài)窗口，定義6個(gè)連接端口X1～X6的通信參數(shù)，如協(xié)議、波特率、數(shù)據(jù)位及奇偶校驗(yàn)位等。

c. 建立FCU從數(shù)據(jù)庫。在FCU組態(tài)窗口，有64個(gè)地址，前32個(gè)分配與雷達(dá)液位計(jì)，地址從1開始至99，后32位分配給DAU，地址從101開始至199。定義連接端口上的各通道地址參數(shù)，如雷達(dá)液位計(jì)型號、DAU型號、溫度傳感器數(shù)量及模擬量輸入?yún)?shù)的數(shù)量等，每個(gè)地址上的參數(shù)與實(shí)際相對應(yīng)，才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與上傳。

1.3MODBUS主站與SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)的通信

DCS、PLC、安裝WinSetup的微機(jī)作為MODBUS主站，可以通過RS232C或RS485與SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)建立通信連接。在SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)中，液位、溫度、壓力及雷達(dá)波形等每個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)以二進(jìn)制數(shù)值傳輸，存儲在FCU從數(shù)據(jù)庫對應(yīng)的保持寄存器內(nèi)。基于RS485通信的主站通信設(shè)置：數(shù)據(jù)位8位、波特率4 800、起始位1、停止位1、無奇偶校驗(yàn)位、故障檢測CRC-16。MODBUS主站與FCU通信是主站發(fā)送請求后從FCU從數(shù)據(jù)庫寄存器讀取數(shù)據(jù)。FCU從數(shù)據(jù)庫的保持寄存器地址對應(yīng)的參數(shù)如下：

660～67F Level Rate status液位變化率

680～69F Level status液位

6A0～6BF Ullage status空罐高度

6C0～6DF Analog input 1 status模擬量1，用于3900系列壓力參數(shù)存儲

6E0～6FF Analog input 2 status模擬量2

700～71F Analog input 3 status模擬量3

760～77F Temp 14 status溫度14

780～79F Temp 13 status溫度13

7A0～7BF Temp 12 status溫度12

7C0～7DF Temp 11 status溫度11

7E0～7FF Temp 10 status溫度10

800～81F Temp 9 status溫度9

820～83F Temp 8 status溫度8

840～85F Temp 7 status溫度7

860～87F Temp 6 status溫度6

880～89F Temp 5 status溫度5

8A0～8BF Temp 4 status溫度4

8C0～8DF Temp 3 status溫度3

8E0～8FF Temp 2 status溫度2

900～91F Temp 1 status溫度1

980～99F Temp avg.status平均溫度

9C0～9DF Current input 1 status電流輸入1，用于2900系列的壓力參數(shù)存儲

9E0～9FF Current input 2 status電流輸入2

A00～A1F Current input 3 status電流輸入3

A20～A3F Current input 4 status電流輸入4

B60～B7F Relay 1 status繼電器1

B80～B9F Relay 2 status繼電器2

BA0～BBF Relay 3 status繼電器3

BC0～BDF Relay 4 status繼電器4

AE0～AFF Hart Input 3 slave status(FCU 3.D0版本增加)

B00～B1F Hart Input 2 slave status(FCU 3.D0版本增加，用于5900系列的壓力參數(shù)存儲)

B20～B3F Hart Input 1 slave status(FCU 3.D0版本增加)

2 Simens PLC系統(tǒng)通信設(shè)置與組態(tài)

2.1Simens PLC串口通信模塊

串行通信模塊CO340/CP341/CP440/CP441具有1個(gè)串行通信口(RS232C或RS485/422)。使用這些通信模塊可以實(shí)現(xiàn)S7-300/400與其他串行通信設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。筆者以CP341 RS485串行通信模塊為例進(jìn)行說明。

Simens PLC與SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)之間通信，Simens PLC作為MODBUS主站，SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)作為MODBUS從站，采用RS485半雙工兩線制接線模式。這需要在CP341模塊上插入相應(yīng)主站協(xié)議的“硬件狗”，CP模塊才能夠支持MODBUS協(xié)議。

2.2CP341調(diào)試過程

使用CP341模塊通信，需安裝軟件Step7 5.*、CP341驅(qū)動(dòng)程序。

2.2.1組態(tài)和配置

在STEP7中完成PLC系統(tǒng)硬件組態(tài)，在硬件組態(tài)窗口中雙擊CP341模塊，打開CP341模塊的屬性窗口，記錄模塊的硬件地址，點(diǎn)擊屬性窗口上的Parameters按鈕，選擇MODBUS Master協(xié)議，雙擊信封圖標(biāo)：彈出通信參數(shù)設(shè)置窗口，配置MODBUS Master通信參數(shù)：4 800bit/s、8data bits、1stop bit、無奇偶校驗(yàn)位。這些通信參數(shù)必須和FCU的通信參數(shù)設(shè)定一致。對硬件組態(tài)存盤編譯，下載硬件組態(tài)，連接與SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)的通信電纜后，SF燈熄滅，說明硬件組態(tài)正確。

2.2.2編程

設(shè)定各參數(shù)如圖4所示，首先建立發(fā)送程序塊。雙擊OB1，打開OB1編程畫面，從庫中Libaraies-CP Ptp-CP341調(diào)用發(fā)送程序塊FC500，分配背景數(shù)據(jù)塊DB500。

圖4 程序塊FC500參數(shù)設(shè)置

其次建立發(fā)送數(shù)據(jù)塊(圖5)。創(chuàng)建發(fā)送數(shù)據(jù)的DB塊DB500，從站地址為C9H(即FCU的地址201)，功能碼為3(讀輸出寄存器)，起始地址1664(讀取的FCU各參數(shù)寄存器的起始地址，如液位寄存器開始地址680H、液位變化率地址為660H等)，讀取寄存數(shù)，如30個(gè)。自動(dòng)生成DB500的變量表。

然后建立接收數(shù)據(jù)塊(圖6)。從庫中Libaraies-CP Ptp-CP341調(diào)用發(fā)送程序塊FC700，分配發(fā)送數(shù)據(jù)塊DB501，設(shè)置硬件組態(tài)的起始地址為624，發(fā)送數(shù)據(jù)的起始地址為0，接收數(shù)據(jù)長度為400。

最后，讀取數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)。建立程序塊FC504，使用MOVE功能塊進(jìn)行數(shù)據(jù)塊中數(shù)據(jù)的讀取，MOVE塊中，參數(shù)IN為讀取的變量在數(shù)據(jù)塊中的地址，如DB501.DBW0，OUT為中間變量表中的存放地址，如DB504.DBW0。

圖5 發(fā)送數(shù)據(jù)塊的參數(shù)設(shè)定

圖6 接收數(shù)據(jù)塊的參數(shù)設(shè)定

3 SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)各參數(shù)的通信換算

通過Simens PLC系統(tǒng)的串口通信模塊CP341，以及一系列的組態(tài)配置等，實(shí)現(xiàn)了Simens PLC系統(tǒng)對SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)各參數(shù)的采集。但因?yàn)楦鲄?shù)的通信數(shù)據(jù)類型不同(如液位、液位變化率、溫度是整型變量，3900系列壓力是整型變量，5900系列壓力是實(shí)數(shù)型變量)，顯示單位不同(壓力在現(xiàn)場顯示mbar，在操作站顯示MPa)，還需要進(jìn)行數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換等操作。

對于液位、液位變化率、溫度整型變量，通過整型-雙整型-浮點(diǎn)轉(zhuǎn)換，最終轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)類型，直接用于上位操作站顯示。對于壓力整型變量，轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)類型后，再除以1 000，從而將單位從mbar轉(zhuǎn)換為MPa。對于壓力實(shí)數(shù)型變量，占用了兩個(gè)字，需通過實(shí)型-整型-雙整型-浮點(diǎn)轉(zhuǎn)換，并將高、低位通信地址互換、合成，再除以10 000，才可用于操作站顯示。

4 結(jié)束語

利用筆者介紹的安裝組態(tài)順序可以快速實(shí)現(xiàn)SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)與Simens PLC系統(tǒng)之間的通信。但在實(shí)際實(shí)施過程中還需注意系統(tǒng)組態(tài)與現(xiàn)場設(shè)備的匹配問題。希望通過對SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)與Simens PLC系統(tǒng)通信的介紹，能推而廣之，提供SAAB儲罐計(jì)量系統(tǒng)與其他PLC或DCS通信的思路，更好地為企業(yè)儲罐生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

王喆(1984-)，工程師，從事程控系統(tǒng)的組態(tài)及維護(hù)工作，wangzhyb@petrochina.com.cn。

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1000-3932(2017)10-1001-05

2017-03-29，

2017-09-01)