張小蘭

(中韓(武漢)石油化工有限公司，湖北 武漢 430000)

中韓石化所采用的自動化控制系統(tǒng)是由DCS(集散控制系統(tǒng))和SIS(安全儀表系統(tǒng))相結合的一套完整的以生產操作、自動控制及安全保護為核心的工業(yè)控制系統(tǒng)。通過DCS系統(tǒng)完成對生產操作相關的常規(guī)數(shù)據(jù)采集及設備控制等一系列的生產過程控制；SIS系統(tǒng)完成對生產操作相關的過程設備(機組)的安全保護控制。中韓石化DCS系統(tǒng)選用的是美國HoneyWell公司的Experion Process Knowledge System系統(tǒng)，SIS系統(tǒng)選用的是北京Consen公司的Safe Instrument System系統(tǒng)。

1 EPKS與SIS的系統(tǒng)關聯(lián)

EPKS系統(tǒng)在正常的生產操作過程中連續(xù)測量，常規(guī)控制，為了使生產操作處于一個安全、穩(wěn)態(tài)或者更為優(yōu)化的控制范圍，EPKS系統(tǒng)始終進行一個通過對被控變量持續(xù)測量從而達到對控制不間斷的反饋式調節(jié)方式來使得工藝參數(shù)波動的不那么劇烈；而SIS系統(tǒng)按照安全獨立的原則要求在工業(yè)上安全等級具有優(yōu)先處理權，其本身獨立于EPKS系統(tǒng)且安全級別亦高于EPKS系統(tǒng)。在工藝生產正常操作時它是靜默的，不會發(fā)出任何動作，當相關工藝參數(shù)觸發(fā)聯(lián)鎖值時SIS系統(tǒng)的輸出信號優(yōu)先于EPKS的控制信號立即接管EPKS的控制繼而發(fā)出相應動作達到保護過程設備和人員安全的要求。

2 EPKS與SIS的系統(tǒng)通訊

2.1 EPKS與SIS的系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡構成

EPKS系統(tǒng)內部通訊是通過容錯以太網(wǎng)(FTE)來實現(xiàn)的，而與SIS的系統(tǒng)通訊則是基于ModBus通訊協(xié)議，RS-485通訊接口來完成的[1]。

ModBus協(xié)議是一種廣泛應用于當今工控領域的通訊協(xié)議，該協(xié)議定義了主站(Master)能使用和識別的信息結構。當在ModBus網(wǎng)絡上進行通訊時，協(xié)議能使每一臺主站(Master)知道他本身的地址，并識別對它尋址的數(shù)據(jù)，決定應起作用的類型，從而取出指向從站(Slave)相應地址下的數(shù)據(jù)信息；同時主站(Master)也可組織回答信息，并使用ModBus協(xié)議將此信息傳送給相應的從站(Slave)[2]。

EPKS系統(tǒng)與SIS的系統(tǒng)通訊遵循ModBus協(xié)議，其系統(tǒng)結構既包括硬件，也包括軟件。數(shù)據(jù)通訊過程大致為：SIS系統(tǒng)中的關鍵過程參數(shù)通過其TCM網(wǎng)絡通訊模塊上的RS-485通訊接口由RS-485通訊電纜連接至終端服務器(Terminal Server),再由終端服務器(Terminal Server)經由并行網(wǎng)線連接至EPKS系統(tǒng)內部的網(wǎng)絡交換機，最后同步到EPKS各層FTE網(wǎng)絡中用于顯示。

在中韓石化工控系統(tǒng)中EPKS與SIS的系統(tǒng)通訊定義EPKS系統(tǒng)為主站(Master)，SIS系統(tǒng)為從站(Slave)，分別通過終端服務器(Terminal Server)和TCM網(wǎng)絡通訊模塊完成數(shù)據(jù)通訊。當EPKS系統(tǒng)與SIS的系統(tǒng)在ModBus網(wǎng)絡上進行通訊時，該協(xié)議就決定了EPKS必須要知道SIS系統(tǒng)的通訊設備地址，識別按地址發(fā)來的信息，并決定要產生相應的動作；如果需要回應，EPKS系統(tǒng)也會產生反饋信息并最終通過ModBus協(xié)議按址發(fā)送給SIS系統(tǒng)。

2.2 EPKS與SIS的系統(tǒng)通訊組態(tài)

2.2.1 SIS的通訊組態(tài)

TCM網(wǎng)絡通訊模塊作為SIS系統(tǒng)的從站通訊設備是SIS系統(tǒng)的專用通訊模件，SIS系統(tǒng)通過它可以和ModBus主站完成數(shù)據(jù)交換。一塊TCM模塊上有4個RS-232/RS-485串行接口，可以完成工程師站及ModBus主從站的組態(tài)。相關的設置也需要通訊協(xié)議、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、通訊接口、握手方式、奇偶校驗位及高低位等(詳見圖1)。

圖1 TCM網(wǎng)絡通訊

2.2.2 EPKS的通訊組態(tài)

2.2.2.1 硬件組態(tài)

圖2 串口設置

首先要完成對EPKS系統(tǒng)主站通訊設備終端服務器(Terminal Server)的硬件組態(tài)，按照中韓石化工控系統(tǒng)冗余配置的要求，終端服務器(Terminal Server)一般都成對出現(xiàn)。通常我們對終端服務器(Terminal Server)會做一些“串口”和“操作”方面的設置；“串口設置”一般是相關的通訊協(xié)議、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗位及連接方式等[3](詳見圖2)；“操作設置”要注意的一個是操作方式的選擇，在與SIS系統(tǒng)通訊時通常設置為：TCP Server Mode，它的主要特點是全雙工方式傳輸，采用字節(jié)流方式，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃裕涣硪粋€就是Local TCP Port選擇，我們知道每一臺終端服務器都有8個串口，對應的地址分別是：4001-4008，所以要根據(jù)實際的硬件連接寫入相應的串口地址(詳見圖3)。

圖3 操作設置

2.2.2.2 軟件組態(tài)

EPKS系統(tǒng)中第三方通訊的組態(tài)工具是Quick Builder，在Quick Builder中一般需要完成 “通道組態(tài)”、“控制器組態(tài)”及“點組態(tài)”[4]。

①通道組態(tài)：實際應用中所使用到的ModBus網(wǎng)絡可能不止一個，所以為了將相對獨立的ModBus網(wǎng)絡區(qū)分開來，需要定義基于ModBus類型的通道，以便于EPKS服務器能快速、有效的識別(詳見圖5)。

②控制器組態(tài)：在通道定義完成以后，要對通道所屬的控制器進行定義。此處所說的控制器是基于ModBus網(wǎng)絡的虛擬控制器，實際中并不真實存在。根據(jù)需要一般會定義多個控制器，提供不同的數(shù)據(jù)類型，每種不同的數(shù)據(jù)類型需要單獨的定義一個控制器(詳見圖6)。

③點組態(tài)：“點組態(tài)”中的重點是“PV Source Address”， 主要填寫關聯(lián)控制器和ModBus地址，PV Source Address填寫的正確與否將直接影響EPKS系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)的準確性。PV Source Address的格式因該“點”的數(shù)據(jù)類型的不同而不同(詳見圖7)。

3 EPKS系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)通訊的應用

以中韓石化EO/EG裝置K-115循環(huán)氣壓縮機COMMON TRIP信號f1700_UXA_18101通訊至EPKS系統(tǒng)為例進行詳細說明。

CCS系統(tǒng)中f1700_UXA_18101是循環(huán)氣壓縮機聯(lián)鎖停機信號，該信號匯總了所有會引起停機的聯(lián)鎖條件。一旦其中某個信號不滿足機組運行條件則會立即觸發(fā)聯(lián)鎖停機程序，同時為了方便操作工及時記錄和分析停機過程及原因也需要把該聯(lián)鎖信號f1700_UXA_18101的狀態(tài)值通訊至EPKS系統(tǒng)。

(1)CCS系統(tǒng)中f1700_UXA_18101信號是打包后集中發(fā)給EPKS系統(tǒng)，則需要記住該點打包后的通訊地址[5](詳見圖4)；

圖4 EPKS系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)組態(tài)

(2)EPKS系統(tǒng)根據(jù)實際硬件配置(接口類型選擇Terminal Server，終端服務器串口地址為4003，通訊協(xié)議選擇ModBus 等)完成對應通道的軟件配置[6](詳見圖5)；

圖5 通道組態(tài)

(3)定義通道所屬的控制器，主要填寫PLC Station ID、數(shù)據(jù)類型、報警限制值設置等。

圖6 控制器組態(tài)

(4)選擇正確的通道和控制器并寫入該點在CCS系統(tǒng)中的地址(詳見圖4)，完成“點組態(tài)”(詳見圖7)；

圖7 通訊點組態(tài)

對“點”的地址進行組態(tài)時，如果單個數(shù)字量點單獨按各自的地址通訊往往會占用更多的網(wǎng)絡地址通道，一方面浪費了地址空間另一方面組態(tài)時多為重復性的工作且效率較低。中韓石化通常在大批量的數(shù)字量點通訊時采用將幾個數(shù)字量點打包一起傳輸?shù)姆绞剑@種通訊方式一方面減少了組態(tài)時冗長的重復性工作，另一方面也大大節(jié)省了網(wǎng)絡地址空間。

本文就循環(huán)氣壓縮機COMMON TRIP信號f1700_UXA_18101的地址組態(tài)為例做簡要說明：前面提到該點在CCS系統(tǒng)中定義的通訊地址為：31041第9位(詳見圖4)，按照打包數(shù)據(jù)通訊尋址的方法可如下圖方式設置： Controller項選擇之前建立的模擬量控制器，本文即CCS_AI；Location項前半部分寫入ICM功能塊地址：31041，空格后寫入PACK位數(shù)減1的數(shù)字，本文即31041 8(程序下裝后Location地址默認第一位為0)。

圖8 地址組態(tài)

4 結 語

通過EPKS系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)通訊的應用，實現(xiàn)了中韓石化基于自動控制系統(tǒng)對生產過程快速、高效、穩(wěn)定的實時采集、遠程監(jiān)控、安全可靠的系統(tǒng)集中管理體制。EPKS系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)通訊的完美實現(xiàn)，進一步提高了中韓石化生產自動化的控制水平，同時在生產操作方面使得操作人員能夠方便有效地獲取重要生產操作信息。該技術在中韓石化的實際應用為乙烯生產、下游供應等一系列生產過程提供了最快捷的信息以及最安全的解決方案。