杜國軍

【摘要】??? 基于DCS系統(tǒng)的普及應(yīng)用，與第三方設(shè)備的通訊越來越多。本文詳細介紹霍尼韋爾DCS系統(tǒng)與AB馬達保護器進行通訊的步驟，并且進行遠程控制，在應(yīng)用中取得良好效果。

【關(guān)鍵詞】??? 控制系統(tǒng)??? 馬達保護器??? 通訊

Abstract：Based on the popularity of DCS system， communication with third-party devices is increasing. In this paper， the steps of communication between honeywell DCS system and AB motor protector are introduced in detail.

Keyword：control system、motor protector、communication

一、概述

云南迪慶有色金屬有限責任公司普朗銅礦一期采選工程自動化DCS系統(tǒng)集成（采選）項目中DCS系統(tǒng)通訊工作占整個工作量的70%以上，第三方設(shè)備的控制系統(tǒng)包括西門子、AB、ABB、GE等品牌，涉及的通訊方式有Modbus tcp、Modbus rtu、EtherNet/IP、Profibus-dp、OPC等?；裟犴f爾DCS系統(tǒng)優(yōu)先推薦使用Modbus TCP/IP協(xié)議，在通訊中作為主站。

以普朗為例，整個選廠存在大量的AB智能MCC柜，柜內(nèi)包含E300馬達保護器、750變頻器、PM500智能電表.其預(yù)留通訊端口為EtherNet/IP，為AB專屬協(xié)議，霍尼韋爾DCS系統(tǒng)無法直接接入，需要使用網(wǎng)關(guān)進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，對于國內(nèi)項目中此通訊方式應(yīng)用屬于首例，本文重點介紹與AB馬達保護器之間的通訊原理及過程。

二、霍尼DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

霍尼DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要采用基于其專利技術(shù)的容錯以太網(wǎng)（FTE）來實現(xiàn)，采用思科交換機進行網(wǎng)絡(luò)連接，第三方系統(tǒng)和設(shè)備連接到交換機上實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，容錯以太網(wǎng)（FTE）是Experion PKS的控制網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)TE不但提供了容錯的特點，也提供了快速網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，及工業(yè)以太網(wǎng)的控制應(yīng)用的安全性。容錯以太網(wǎng)（FTE）是冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（物理）的單網(wǎng)（邏輯），這種冗余的結(jié)構(gòu)是通過Honeywell的FTE驅(qū)動，及商業(yè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實現(xiàn)的。

普朗項目中與AB馬達保護器的通訊采用beacon公司的網(wǎng)關(guān)進行協(xié)議轉(zhuǎn)換 ，Beacon公司的新型?EtherNet/IP?-Modbus tcp通訊網(wǎng)關(guān)模塊BT-EN-MT將Ethernet ip轉(zhuǎn)換為Modbus tcp協(xié)議進行通訊，支持在EtherNet/IP和Modbus tcp網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備之間的雙向數(shù)據(jù)交換，最大20，000個字節(jié)數(shù)據(jù)交換區(qū)。網(wǎng)關(guān)提供一個EtherNet/IP以太網(wǎng)E1端口以及一個Modbus tcp以太網(wǎng)E2端口，其中E1端口與馬達保護器進行連接，E2端口與霍尼DCS系統(tǒng)連接，兩種以太網(wǎng)可以選擇設(shè)置在同一個網(wǎng)段或者不同網(wǎng)段。

其中EtherNet/IP驅(qū)動程序全部使用Class1的I/O連接，最大支持15個I/O連接。EtherNet/IP和Modbus TCP兩端都最多同時可以支持作為15個客戶端和15個服務(wù)器，每個EtherNet/IP客戶端最大支持128條指令，指令總數(shù)最多可達1920條，每個Modbus TCP客戶端最大支持32條指令，指令總數(shù)最多可達480條。網(wǎng)關(guān)可以直接通過網(wǎng)頁進行配置和診斷，無需安裝任何特殊軟件簡單方便，同時液晶顯示屏可以提供基本的診斷信息。網(wǎng)關(guān)支持的plc類型有PLC2、PLC5、SLC、ControlLogix、CompactLogix，支持MODBUS功能碼：1、2、3、4、5、6、15、16。

三、霍尼DCS系統(tǒng)與AB馬達保護器通訊的具體步驟

3.1 Beacon網(wǎng)關(guān)與AB馬達保護器之間的通訊

E300馬達保護器是目前最新的過載保護產(chǎn)品，其采用模塊化設(shè)計， 提供豐富的通信選項和診斷信息，接線簡便。E300馬達保護器由感應(yīng)、控制和通信模塊三部分組成。每種模塊都提供多種選擇，可根據(jù)確切的應(yīng)用需求量身定制電子過載繼電器。普朗項目中使用的馬達保護器，配有5個數(shù)字量輸入3個數(shù)字量輸出，數(shù)字量輸入可以接入設(shè)備遠程、運行、上電等信號，數(shù)字量輸出可以接入二次控制回路中參與設(shè)備的啟停，故障報警信號等。

E300馬達保護器中的EtherNet/IP 通信模塊具有兩個充當交換機的 RJ45 連接器。用于通訊、內(nèi)部web訪問、設(shè)置IP地址，通過IE瀏覽器可以訪問E300馬達保護器的內(nèi)部參數(shù)和各種數(shù)據(jù)，且可使用以太網(wǎng)電纜以菊花鏈形式連接多個E300馬達保護器，且通信模塊支持設(shè)備級環(huán)網(wǎng) （DLR）。

圖1所示為一個電機設(shè)備的二次回路控制圖，繼電器和接觸器的觸點連接在E300馬達保護器的數(shù)字量輸入上，數(shù)字量輸出用于二次控制回路的控制，根據(jù)圖中數(shù)字量輸入IN0為遠程信號，IN1為運行信號，IN2為上電信號;R03、R04為過載保護，R13、R14為遠程控制;這些信號都可采用通訊模塊與自動化系統(tǒng)集成通訊，同時通過撥碼對E300馬達保護器的以太網(wǎng)模塊設(shè)置IP地址，在同一局域網(wǎng)的E300馬達保護器每一臺都有獨立的IP地址，同時通過IE瀏覽器可以查看數(shù)字量輸入輸出的狀態(tài)。

根據(jù)上圖我們只需對E300馬達保護器的R13、R14的觸點進行控制即可滿足對設(shè)備的啟停，讀取IN0-IN3即可讀取設(shè)備的狀態(tài)，除此之外利用通訊還可以對設(shè)備的電流、電壓、功率、電能等信號進行檢測。在與E300馬達保護器通訊時，采用class code（類別代碼） 、Attribute（屬性）ID、Instance（實例）等參數(shù)進行通訊，class code代表不同類型的信號，Attribute（屬性）ID代表對數(shù)據(jù)的讀寫操作，Instance（實例）代表不同寄存點位，通過這種尋址的方式，實現(xiàn)與E300馬達保護器的通訊功能，如下圖表為E300說明書中關(guān)于數(shù)字量輸入的信息，對E300馬達保護器的輸入信號如何尋址做簡單的闡述，通過對數(shù)字量輸入的說明，將對其他類型的信號有很好的參考意義。

在上圖中離散輸入點對象Class code 0X0008，表明數(shù)字量輸入的信號Class code參數(shù)為十六進制 0X0008，我們所有需要的數(shù)字量信號的都在0X0008的class code下，參數(shù)instance的值代表了不同的輸入號碼，例如instanc為1所代表的inputpt00，即IN0的信號，instanc為3所代表的inputpt02，即IN2的信號，AttributeID為3表示獲取參數(shù)的值。

同理在E300手冊的數(shù)字量輸出圖表中，離散輸出點對象Class code 0X0009，表明數(shù)字量輸入的信號Class code參數(shù)為十六進制 0X0009，我們所有需要的數(shù)字量信號的都在0X0009的class code下，參數(shù)instance的值代表了不同的輸出號碼，例如instanc為1所代表的outputpt00，即R03＼R04的信號，Instanc為3所代表的outputpt02，即R23＼R24的信號，AttributeID為3表示設(shè)置參數(shù)的值。

根據(jù)以上信息嘗試進行通訊：

1.首先介紹beacon網(wǎng)關(guān)Ethernetnet ip client部分的配置;網(wǎng)關(guān)有兩個以太網(wǎng)口E1、E2，E1網(wǎng)口用網(wǎng)線連接E300馬達保護器，其ip都設(shè)置為同一網(wǎng)段;E2網(wǎng)口連接霍尼dcs交換機，使用谷歌瀏覽器輸入網(wǎng)關(guān)的E2的IP地址，登陸beacon網(wǎng)關(guān)，初始的賬戶、密碼都是admin。在登錄網(wǎng)關(guān)后HOME界面可以查看到網(wǎng)關(guān)E1、E2兩個網(wǎng)口的設(shè)置信息、網(wǎng)關(guān)版本、運行時間等信息。

2.配置與E300的連接方式設(shè)置，點擊左側(cè)Ethernet/ip client展開點擊client1---configuration查看默認配置，message type：unconnected send，其余的設(shè)置保持默認即可。

3.配置讀取E300數(shù)據(jù)的指令，在網(wǎng)關(guān)配置界面中的client1---configuration界面的all commands中選擇Generic，此類型用于編寫與E300通訊的指令。我們通過讀取和控制E300 的各個接線引腳的信號即可，編寫控制指令為cls：8代表數(shù)字輸入、9代表數(shù)字輸出;ins：引腳號、att：3代表讀取數(shù)據(jù)。

4.最后點擊save list to flash保存指令，需重啟網(wǎng)關(guān)后配置命令才生效。

編寫的三條指令表示將IP地址是192.168.0.2的E300的input tp00、input tp01、input tp02的值放入beacon網(wǎng)關(guān)寄存器地址200、201、202中，我們通過IE瀏覽器對E300馬達保護器進行訪問，查看內(nèi)部輸入狀態(tài)，查看到inputtp00和inputtp01有信號。然后再通過谷歌瀏覽器查看網(wǎng)關(guān)寄存器地址200、201中收到的數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)內(nèi)容與E300馬達保護器中的一致，實驗證明網(wǎng)關(guān)可以讀取馬達保護器中的數(shù)據(jù)。

然后再測試網(wǎng)關(guān)寫數(shù)據(jù)到馬達保護器，所需的指令與讀取指令相類似，主要是設(shè)置好數(shù)據(jù)寫入的地址以及設(shè)置好cls、ins、att三個參數(shù)。我們測試是將網(wǎng)關(guān)寄存器地址203、204、205的數(shù)據(jù)寫入到E300的R03R04、R13R14、R23R24。但通過IE瀏覽器查看E300馬達保護器的輸出狀態(tài)，但outputStatus無輸出狀態(tài)，表示網(wǎng)關(guān)給馬達保護器寫入數(shù)據(jù)失敗。

根據(jù)此問題查閱馬達保護器說明書及咨詢AB技術(shù)人員，得到結(jié)論為E300支持Device logix編程模式，E300本身已經(jīng)將數(shù)字量輸出點用于程序輸出，需要通過其內(nèi)部的邏輯程序才可控制，但我們對其內(nèi)部程序并不能進行修改;并且beacon網(wǎng)關(guān)只支持ethernet/ip class3的通訊方式，需采用class1的模式才可對E300數(shù)字量輸出直接控制，跟據(jù)對class code9 的研究以及綜合分析，可以采用強制的方式對輸出點進行控制，因為即使數(shù)字量輸出應(yīng)用于內(nèi)部邏輯程序，仍然可以通過強制的方式對數(shù)字量輸出點進行控制，所以又進行了第二次嘗試。對輸出編寫的指令進行更改，要是att改為參數(shù)115與116一起使用。

參數(shù)115代表強制使能，對output01啟用強制，參數(shù)116代表強制寫將強制值寫進output01。指令修改之后，查看E300馬達保護器中參數(shù)18 outputstatus，其中的outputpt01顯示為ON，表示寫入成功，既網(wǎng)關(guān)對馬達保護器的輸出進行控制，這樣就可以實現(xiàn)對設(shè)備信號的讀取和啟?？刂?。

但此方法為Ethernet ip class3的通訊模式，且適用于網(wǎng)關(guān)固件版本1.02.053以前的老版本，采用強制的方式對E300進行控制，有配置參數(shù)繁多，步驟麻煩，指令編寫工作量大等缺點，在系統(tǒng)運行一個月后出現(xiàn)個別E300的非易性內(nèi)存報錯等現(xiàn)象。

在出現(xiàn)非易失性內(nèi)存報錯時，E300模塊上MS燈紅色長亮，重新上電后故障依然存在，對其進行初始化設(shè)置或重新升級固件的操作后恢復(fù)正常。重新插入網(wǎng)線依然報錯，為解決此問題繼續(xù)進行改進測試。

對恢復(fù)出廠設(shè)置的E300進行編寫devicelogix程序，對output01進行應(yīng)用，然后對E300的內(nèi)部參數(shù)164配置預(yù)設(shè)置為customoverload和參數(shù)346設(shè)置為ENABLE，啟用編程模式。下載進入E300，實現(xiàn)簡單邏輯，通過對164參數(shù)的更改，將工作模式改成用戶控制過載模式。此種方法可以解決E300報錯的問題，連續(xù)使用幾個月也沒有報錯發(fā)生。

另外將網(wǎng)關(guān)的固件升級到高版本，其內(nèi)部設(shè)置message type：connected ，采用Ethernet ip class1的通訊模式可直接對數(shù)字量輸出引腳進行控制，且無需強制，避免E300報錯，通訊也更加穩(wěn)定，另外也節(jié)省很多參數(shù)設(shè)置的時間。同時也可讀取設(shè)備電流和故障復(fù)位等操作。

3.2霍尼韋爾dcs與Beacon網(wǎng)關(guān)進行modbus tcp通訊

網(wǎng)關(guān)從現(xiàn)場馬達保護器取得數(shù)據(jù)后，需再設(shè)置與霍尼DCS之間的modbus tcp通訊。網(wǎng)關(guān)無需做額外的配置，下面詳細介紹霍尼DCS使用PCDI模式的配置方法。

1.添加master功能塊，此功能塊相當于在DCS系統(tǒng)中添加網(wǎng)關(guān)，在control builder中New→I/O Modules→PCDI→PCDI_MASTER Block。

2.雙擊添加的master功能塊，會彈出master功能塊的屬性界面，在Main參數(shù)界面中自己定義模塊名稱（module name），本例中模塊名稱為”PCDI_MASTE_10214”;設(shè)備類型（device type）安實際需要進行選擇，本例中選擇single MODBUS tcp device類型，其余參數(shù)保持默認即可。

3.在module configuration 參數(shù)界面中設(shè)置modbus從站的IP地址（10.1.0.234為網(wǎng)關(guān)的E2端口IP地址），端口為502 為modbus tcp的通訊端口，其余選項保持默認。

4. 在slave configuration參數(shù)界面中設(shè)置commands下的unit Id為對應(yīng)實際的從站地址，默認為255，本例中網(wǎng)關(guān)地址為1，command勾選前7項即可，其余保持默認設(shè)置即可。

5.配置完P(guān)CDI_MASTER Block參數(shù)后點擊ok，在unassigned中找的剛剛建立的PCDI_MASTER Block分配到所對應(yīng)的控制器程序下。

6.將分配好的PCDI_MASTER Block下載，下載后在monitor監(jiān)視PCDI_MASTER Block為綠色，既表明與網(wǎng)關(guān)成功建立通訊鏈接，剩余需匹配相應(yīng)的地址位。

7.新建立一個control module作為通訊程序塊，在其中調(diào)用PCDINUMARRCH塊實現(xiàn)與網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)存儲區(qū)中的模擬量通訊。

8.雙擊PCDINUMARRCH塊對參數(shù)進行配置，在main界面Master Block Name選擇之前建好的PCDI_MASTER Block， 本例中為PCDI_MASTE_10214，點擊Assign Request Block分配一個Channel。

9.在configuration中，Device Address為從站設(shè)備的站地址;Starting Element Index為通訊數(shù)據(jù)的起始地址;Number of numeric values為要讀取數(shù)據(jù)的數(shù)量;當讀取數(shù)據(jù)為雙字長度的數(shù)據(jù)是將“LONG”勾選;read/wirte option根據(jù)需要選擇，默認是WriteOnDiff。

10.設(shè)置完成后點擊ok，保存下載control module 在monitor中監(jiān)視PCDINUMARRCH狀態(tài)為run，表明通訊成功。

四.總結(jié)

普朗項目第一次大批量采用網(wǎng)關(guān)進行協(xié)議轉(zhuǎn)換的方式來實現(xiàn)霍尼DCS與AB-E300系統(tǒng)間的通訊，經(jīng)過反復(fù)試驗、測試，最終實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運行。隨著網(wǎng)關(guān)技術(shù)的發(fā)展，對于不同系統(tǒng)之間的集成工作會越來越成熟，經(jīng)過普朗項目的實施，在我們自動化集成的技術(shù)上又邁進了一大步。

參? 考? 文? 獻

[1] . E300 Electronic Overload Relay User Manual

[2] . PlantCruise by Experion Control Building Users Guide

[3].劉長堅.信息化在礦山管理中的研究[J].中國礦業(yè)，2011，20（7）.

[4].盧新明，尹紅.數(shù)字礦山的定義、內(nèi)涵與進展[J].煤炭科學技術(shù)，2010（38）：48

杜國軍（1984-3-），民族：漢族 ，籍貫：黑龍江，學歷：本科，職稱：工程師，研究方向：工業(yè)自動化