鄭文革 王振新 王家麟 孫明亮

(中國石油遼陽石化公司 a.設(shè)備處；b.儀表廠)

通過中國石油遼陽石化公司烯烴廠橫河CS3000 系統(tǒng)與和利時(shí)DCS 之間的通信， 總結(jié)DCS 之間通信在構(gòu)建和程序設(shè)計(jì)上的實(shí)現(xiàn)方法。根據(jù)兩套系統(tǒng)軟件版本的通信能力，軟件部分采用Modbus RS-485 協(xié)議，硬件部分橫河DCS 系統(tǒng)與和利時(shí)DCS 系統(tǒng)各自增加通信卡ALR121 和K-MOD01， 實(shí)現(xiàn)兩套獨(dú)立DCS 系統(tǒng)之間的串行通信。

1 RS-485 的通信原理及特點(diǎn)

RS-485 是一種半雙工通信標(biāo)準(zhǔn)，物理結(jié)構(gòu)采用的是平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合。 采用差分信號(hào)輸入的方式可以抑制共模干擾，有效提高通信可靠性。 RS-485 通信速度快，最大傳輸速度可達(dá)10MB/s 以上。 橫河ALR121 通信卡的接線方式通常為：TX+為正向發(fā)送端子、TX-為負(fù)向發(fā)送端子、RX+為正向接收端子、RX-為負(fù)向接收端子、SG 為卡件接地端子、FG 為抗干擾接收端子。

2 實(shí)現(xiàn)過程

在硬件上，采用兩線制連接方式，橫河系統(tǒng)作為主站， 發(fā)出請(qǐng)求， 接收從站發(fā)出來的數(shù)據(jù)，ALR121 中3 管腳為RX+正向接收端子、4 管腳為RX-逆向接收端子，并在3、4 管腳之間跨接電阻（圖1）。 和利時(shí)系統(tǒng)作為從站，接收請(qǐng)求，向主站發(fā)出數(shù)據(jù)。 K-MOD01 接線管腳D+對(duì)應(yīng)ALR121 管腳RX+正向接收端子，D-對(duì)應(yīng)ALR121 管腳RX-逆向接收端（圖2）。 通信電纜為兩芯Modbus 專用電纜， 電纜要求能夠滿足阻抗不大于12Ω。

圖1 橫河ALR121 通信卡RS-485 兩線制連接方式

圖2 和利時(shí)K-MOD01 通信卡RS-485 兩線制連接方式

3 軟件組態(tài)

本次為單獨(dú)通信，橫河DCS 系統(tǒng)充當(dāng)主站接收和利時(shí)DCS 系統(tǒng)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，和利時(shí)DCS系統(tǒng)充當(dāng)從站發(fā)送通信數(shù)據(jù)。 如果通信出現(xiàn)錯(cuò)誤，作為主站的橫河系統(tǒng)會(huì)發(fā)出錯(cuò)誤報(bào)警，主—從查詢—回應(yīng)周期如圖3 所示。

打開橫河CS3000組態(tài)軟件，生成ALR121 通信卡，在卡件屬性連接設(shè)備中選擇Modbus，設(shè)置端口Port1 或者Port2 屬性。

通信組態(tài)各項(xiàng)定義說明如下：

a. Buffer area。 定義本次通信所需的通信點(diǎn)數(shù)。

b. Program Name。Modbus 卡件ALR121 的安裝位置，格式為K2-NODE 號(hào)-插槽號(hào)Modbus。

c. Size。 本次通信數(shù)據(jù)類型所占的位數(shù)。

d. Station。 從站設(shè)備的地址。

e. Device&Address。 和利時(shí)DCS 系統(tǒng)內(nèi)部保存地址。

圖3 主—從查詢—回應(yīng)周期示意圖

f. Data Type。 數(shù)據(jù)類型，兩套DCS 系統(tǒng)須保持一致。

g. Reverse。 是否將控制站（FCS）和子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)位取反。

h. Scan。 設(shè)置通信速度，正常、快、慢。

橫河通信卡ALR121 的模擬量組態(tài)對(duì)話框如圖4 所示。

圖4 ALR121 的模擬量組態(tài)對(duì)話框

從站和利時(shí)DCS 系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)軟件版本和硬件型號(hào)的要求：K-MOD01-A.1.1 或之后硬件型號(hào)，MACS V6.5.3 或之后軟件版本，僅支持RS485 電氣接口。

雙擊K-MOD01 模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置， 組態(tài)對(duì)話框如圖5 所示。

圖5 和利時(shí)K-MOD01 模塊組態(tài)對(duì)話框

K-MOD01 作為Modbus 從站時(shí)，需根據(jù)主站發(fā)出的請(qǐng)求功能碼組態(tài)，對(duì)應(yīng)規(guī)則如圖6 所示。

組態(tài)步驟（圖7）：

a. 設(shè)置用戶參數(shù)（從站模式）。

b. 根據(jù)輸入、輸出數(shù)據(jù)長度，選擇合適的分包長度。

c. 根據(jù)Modbus 主站請(qǐng)求功能碼， 組態(tài)從站Modbus 功能碼子模塊，并設(shè)置子模塊訪問數(shù)據(jù)的起始地址和數(shù)據(jù)長度參數(shù)。

d. 組態(tài)結(jié)束，添加測點(diǎn)，編譯下裝。

4 通信線的選擇與敷設(shè)原則

在兩種DCS 系統(tǒng)通信實(shí)現(xiàn)過程中，通信線的選擇與敷設(shè)原則如下：

a. 抗干擾能力強(qiáng)；

b. 消除通信線自身分布電容，長距離、極高頻率、平行的雙導(dǎo)線不是最佳選擇；

c. 敷設(shè)過程中應(yīng)盡量減少中間接頭，避免長距離通信；

d. 具備較小的阻值和較高的機(jī)械強(qiáng)度。

最終，本項(xiàng)目兩種DCS 之間的串行通信線纜選擇了專用的Modbus 485 兩芯通信電纜。

圖6 從站模式下Modbus 功能碼對(duì)應(yīng)規(guī)則

圖7 模擬量組態(tài)對(duì)話框

5 結(jié)束語

橫河DCS 系統(tǒng)與和利時(shí)DCS 系統(tǒng)之間串行通信的成功設(shè)計(jì)與實(shí)施，使作為主站的橫河DCS系統(tǒng)隨時(shí)可以監(jiān)視和利時(shí)DCS 系統(tǒng)中一些重要儀表的數(shù)據(jù)變化，方便了工藝生產(chǎn)參數(shù)的調(diào)整和修正，提高了工藝裝置的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。