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橫河DCS 多機(jī)Modbus 通信應(yīng)用

2023-02-24 03:05:36王坤坤

設(shè)備管理與維修 2023年2期

陳凱，王坤坤，樊帆

（湖北大峪口化工有限責(zé)任公司，湖北荊門(mén) 431910）

0 引言

湖北大峪口化工二期液氨罐區(qū)裝置的DCS（Distributed Control System，集散控制系統(tǒng)）是CS3000 系統(tǒng)。該裝置使用5 臺(tái)氨冰機(jī)，2 臺(tái)為16 型、3 臺(tái)為40 型，每套設(shè)備配備1 套施耐德PLC對(duì)其進(jìn)行控制。工藝操作人員必須定時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)操控該設(shè)備，記錄相關(guān)參數(shù)。通過(guò)橫河DCS 系統(tǒng)與施耐德PLC 之間進(jìn)行Modbus 通信，實(shí)現(xiàn)在DCS 控制室對(duì)5 臺(tái)氨冰機(jī)的參數(shù)監(jiān)控。減輕工藝人員勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、自動(dòng)記錄、歷史查詢(xún)等功能。

1 通信方案

項(xiàng)目中采用Modbus RTU 485 兩線制方式通信，DCS 為主設(shè)備，PLC 為從設(shè)備。由于橫河ALR121 卡件有兩個(gè)Modbus 接口，2 臺(tái)16 型氨冰機(jī)并聯(lián)1 個(gè)Modbus 接口，3 臺(tái)40 型氨冰機(jī)并聯(lián)另1 個(gè)Modbus 接口。RS-485 多機(jī)通信接線方式如圖1 所示。

圖1 RS-485 多機(jī)通信接線方式

2 硬件配置

2.1 主設(shè)備的硬件配置

CS3000 系統(tǒng)使用的是ALR121 通信卡，ALR121 通信卡是CS3000 系統(tǒng)中用來(lái)與子系統(tǒng)建立串口通信的專(zhuān)用卡件，支持Modbus 協(xié)議。

2.2 從設(shè)備的硬件配置

從設(shè)備為施耐德MICRO 系列TSX 3721 型PLC 系統(tǒng)，PLC擴(kuò)展一個(gè)TSXSCP114 通信卡，其物理接口為RS-485，支持Modbus 協(xié)議、UNI-TELWAY 協(xié)議或字符串通信。

2.3 通信連接

由于DCS 機(jī)柜與PLC 控制柜之間有備用電纜，為避免重新敷設(shè)電纜，節(jié)省費(fèi)用，通信電纜采用的是KVVP 2×1.5 mm2備用電纜。將ALR121 的RX+、RX-端子與TSXSCP114 通信卡11、12 端子連接，DCS 機(jī)柜與PLC 控制柜之間接線如圖2 所示。

圖2 DCS 機(jī)柜與PLC控制柜間接線

2.4 硬件測(cè)試

為了確保雙方通信硬件正常，使用ModScan32 測(cè)試軟件通過(guò)電腦串口對(duì)ALR121 通信卡和TSXSCP114 通信卡的連接進(jìn)行測(cè)試。如果測(cè)試正常，在后期故障查找時(shí)可以排除雙方卡件的硬件故障，縮小故障查找的范圍。

3 軟件組態(tài)

3.1 ALR121 組態(tài)

首先，進(jìn)入CS3000 組態(tài)管理軟件添加ALR121 卡件。右鍵單擊，選擇屬性對(duì)話框。定義part1 和part2 的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、響應(yīng)時(shí)間等參數(shù)。設(shè)置要與對(duì)應(yīng)端口連接的PLC 一致。

然后，雙擊添加的ALR121 卡件，在彈出“COMMUNICATION I/O BUILDER”窗口進(jìn)行通信參數(shù)的組態(tài)。組態(tài)主要依據(jù)PLC 廠家提供的通信地址表。

BUFFER AREA（緩沖區(qū)）：ALR121 所存儲(chǔ)的中數(shù)據(jù)大小?？梢园? 套PLC 數(shù)據(jù)放在一個(gè)緩沖區(qū)里，也可以分別對(duì)每套PLC 數(shù)據(jù)建立單獨(dú)的緩沖區(qū)。

PROGRAM NAME（程序名）：Modbus 通信模塊的安裝位置，格式為：K1-節(jié)點(diǎn)號(hào)-插槽號(hào)Modbus。

SIZE（數(shù)據(jù)長(zhǎng)度）：所選數(shù)據(jù)類(lèi)型的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，以“WORD（2 byte）”為單位進(jìn)行分配，范圍：1～126。

PORT（端口號(hào)）：Modbus 有2 個(gè)端口，在此設(shè)置1 或2。項(xiàng)目中2 臺(tái)16 型低壓氨冰機(jī)端口為1，3 臺(tái)40 型高壓氨冰機(jī)端口為2。

IP ADDRESS（IP 地址）：IP 地址對(duì)Modbus 組態(tài)不起作用，適用于ETHERNET，如填寫(xiě)，不會(huì)報(bào)錯(cuò)。

STATION（從站設(shè)備地址）：范圍：0～32。從站地址由從站方提供，項(xiàng)目中2 臺(tái)16 型低壓氨冰機(jī)地址為4#、5#，3 臺(tái)40 型高壓氨冰機(jī)地址為1#、2#、3#。

DEVICE &ADDRESS（設(shè)備與地址）：從站設(shè)備保存的內(nèi)存地址。該地址必須跟從站設(shè)定地址對(duì)應(yīng)，否則不能通信。具體格式如下：

下面以項(xiàng)目中16 型氨冰機(jī)的運(yùn)行時(shí)間為例：PLC 地址為A40116。

第1 個(gè)字符“A”表示可讀可寫(xiě)功能碼。

第2 個(gè)字符“4”表示設(shè)備類(lèi)型為“HOLDING REGISTER”讀取保持寄存器。

最后4 個(gè)字符“0116”表示的為設(shè)備地址。

“COMMUNICATION I/O BUILDER”通信I/O 組態(tài)如圖3 所示。

圖3 “COMMUNICATION I/O BUILDER”通信I/O 組態(tài)

3.2 數(shù)字量組態(tài)

對(duì)于數(shù)字量的組態(tài)，在ALR121 組態(tài)中先給數(shù)字量定義緩沖地址，根據(jù)PLC 廠家提供的通信地址表，開(kāi)關(guān)量緩沖地址定義在%WB002501 中（圖4）。然后將緩沖地址中的每一位和廠家提供的位地址對(duì)應(yīng)。

圖4 “WBTAGDEF”數(shù)字量通信點(diǎn)地址分配

在“SWITCH”下雙擊“WBTAGDEF”，進(jìn)行數(shù)字量的組態(tài)，需要設(shè)置的事項(xiàng)：

ELEMENT（通信的數(shù)字工位）：如：%WB002501，前面的%WB0025 是與ALR121 組態(tài)中的緩沖地址與%WW0025 相對(duì)應(yīng)，（在項(xiàng)目中數(shù)字量的硬件地址是%WW0025、%WW0026，相應(yīng)對(duì)應(yīng)的位地址必須為%WW002501～%WW002516、%WW002601～%WW002616），后面的01 代表%WW0025 這個(gè)字的第一位。一個(gè)字等于2 個(gè)字節(jié)、等于16 位，所以%WW0025 這個(gè)字可以定義16 個(gè)數(shù)字量。

TAG NAME（工位名稱(chēng)）：填寫(xiě)相對(duì)應(yīng)的工位名稱(chēng)，如K51001AX0，也就是設(shè)備位號(hào)。

TAG COMMENT（工位注釋?zhuān)禾顚?xiě)相對(duì)應(yīng)的工位注釋?zhuān)缰鳈C(jī)過(guò)載。

3.3 緩沖地址調(diào)用

在CS3000 系統(tǒng)FUNCTION BLOCK 建立PVI 模擬量輸入模塊（圖5），即可對(duì)模擬量數(shù)據(jù)的調(diào)用。

圖5 建立PVI 模擬量輸入模塊

選中K51001A-T，右鍵單擊“EDIT DETAILS”，進(jìn)入詳細(xì)編輯（圖6），將“輸入信號(hào)處理”方式選擇為子系統(tǒng)通信。

圖6 詳細(xì)編輯界面

開(kāi)關(guān)量的調(diào)用可直接在流程圖編輯中輸入“WBTAGDEF”定義的地址“Tag comment”（圖7）。

圖7 “WBTAGDEF”定義地址畫(huà)面

4 結(jié)束語(yǔ)

液氨灌區(qū)裝置CS3000 與施耐德PLC 多機(jī)Modbus 通信使用至今，通信性能穩(wěn)定，技術(shù)可靠。新系統(tǒng)有以下3 點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：①線纜數(shù)量大量減少。布線簡(jiǎn)單，DCS 與每臺(tái)PLC 之間只需要敷設(shè)1根通信電纜，多個(gè)設(shè)備并聯(lián)在一起，控制數(shù)量越多優(yōu)勢(shì)越明顯，帶來(lái)的效益也更可觀；②獲取參數(shù)多樣化。DCS 系統(tǒng)單一回路只能讀取被控設(shè)備的單一參數(shù)，采用Modbus 通信，可以獲取更多的設(shè)備參數(shù)。采用Modbus 通信，DCS 只需要1 塊ALR121 卡件便可滿(mǎn)足所有參數(shù)的獲取。避免因卡槽不夠，需要增加機(jī)柜、卡件帶來(lái)的額外資金投入；③數(shù)據(jù)的無(wú)誤差傳輸。通過(guò)Modbus 從PLC 讀取的數(shù)據(jù)沒(méi)有傳輸誤差，與PLC 現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)一致，對(duì)于控制精度較為嚴(yán)格的工藝來(lái)說(shuō)很有意義。