系統(tǒng)間通訊中橋的使用
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隨著網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)間的通訊也在迅猛的發(fā)展。在上世紀(jì)八十年代以前，工業(yè)控制系統(tǒng)間幾乎不進(jìn)行任何數(shù)據(jù)交換，每套系統(tǒng)都各自控制自己的設(shè)備。九十年代后，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)及通訊協(xié)議的逐步標(biāo)準(zhǔn)化，工業(yè)控制系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換也漸漸地發(fā)展起來?，F(xiàn)在工業(yè)控制系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換已成為大型工業(yè)設(shè)備控制中關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。在一套大型工業(yè)設(shè)備的控制中，根據(jù)各設(shè)備生產(chǎn)工藝的不同，要求采用不同的控制手段進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)控制的優(yōu)化，達(dá)到提高生產(chǎn)效率、保證生產(chǎn)安全、降低生產(chǎn)成本、減少投資的目的。這樣控制系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的交換就成為必然，然而有時(shí)需要進(jìn)行通訊交換數(shù)據(jù)的各控制設(shè)備的通訊協(xié)議不一致，或者缺少同一通訊協(xié)議的硬件或驅(qū)動(dòng)軟件，從而造成控制設(shè)備間無法進(jìn)行通訊。此時(shí)采用橋，即中間載體，就可實(shí)現(xiàn)各控制設(shè)備間的通訊，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的目的。
撫順石油二廠150萬噸/年重油催化裂化裝置于2000年6月建成投產(chǎn)，2001年6月對(duì)催化機(jī)組控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，機(jī)組控制及ESD緊急停車系統(tǒng)采用美國(guó)TRICONEX公司的TS3000三重化冗余系統(tǒng)、其他設(shè)備的控制仍采用日本橫河公司的CENTUM集散控制系統(tǒng)。在出廠驗(yàn)收測(cè)試(FAT)時(shí)發(fā)現(xiàn)，TS3000系統(tǒng)無法與前期上馬的CENTUM集散控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，原因在于合同簽定及購(gòu)貨時(shí)均未發(fā)現(xiàn)缺少了CENTUM系統(tǒng)中所需要的TS3000系統(tǒng)的通訊驅(qū)動(dòng)程序。此時(shí)離生產(chǎn)日期已經(jīng)很近，沒有再采購(gòu)的時(shí)間。如果因此而延誤開車時(shí)間，將給工廠造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)TRICONEX公司北京工程中心與撫順石油二廠緊急磋商后，決定采用日本三菱公司的A系列PLC作為TS3000系統(tǒng)與CENTUM系統(tǒng)間通訊的橋，從而實(shí)現(xiàn)兩套系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。本文就是論述這一方案是如何實(shí)現(xiàn)的。
硬件實(shí)現(xiàn)
TS3000系統(tǒng)采用4119EICM型智能通訊卡，它有五個(gè)25針D型通訊接口，分別為1、2、3、4、5。1、2、3號(hào)接口為MODBUS串行通訊接口，可進(jìn)行RS232/RS422/RS485通訊；4號(hào)接口也是串行通訊接口，專用于TS3000組態(tài)軟件TS1131于控制器間的通訊；5號(hào)接口是并行通訊接口，用于連接打印機(jī)。
三菱公司的A系列PLC由一塊四槽底板、一塊電源卡、一塊CPU卡(A2AS)、一塊MODBUS通訊卡(A1SJ71UC24-R2-S2)及一塊RS232(A1SJ71UC24-R2)通訊卡構(gòu)成。
CENTUM系統(tǒng)采用ACM11通訊卡，可進(jìn)行RS232串行通訊。
由于三菱A系列PLC在串行通訊中不能作為主站使用，只能作為從站，因此TS3000系統(tǒng)和CENTUM系統(tǒng)都作為主站。首先TS3000系統(tǒng)通過4119EICM型智能通訊卡與三菱PLC的MODBUS通訊卡(A1SJ71UC24-R2-S2)、以MODBUS MASTER SLAVE通訊協(xié)議將數(shù)據(jù)寫入三菱PLC中，然后CENTUM系統(tǒng)通過ACM11通訊卡與三菱PLC的RS232(A1SJ71UC24-R2)通訊卡、以MODBUS通訊協(xié)議再?gòu)娜釶LC中讀取數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)圖示于圖1。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
TS3000系統(tǒng)的EICM卡與CENTUM系統(tǒng)的ACM11的通訊接口都是25針D型，而三菱PLC的通訊卡A1SJ71UC24-R2-S2和A1SJ71UC24-R2的接口卻是9針D型。因此通訊線需要25針到9針的轉(zhuǎn)換。EICM卡與A1SJ71UC24-R2-S2卡之間通訊線的接法見圖2；A1SJ71UC24-R2卡與ACM11卡之間通訊線的接法見圖3。
圖 2 EICM卡與A1SJ71UC24-R2-S2卡之間通訊線的接法
圖3 ACM11卡與A1SJ71UC24-R2卡之間通訊線的接法
軟件的實(shí)現(xiàn)
在工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域中，系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的交換都是利用數(shù)據(jù)的地址實(shí)現(xiàn)。各系統(tǒng)數(shù)據(jù)地址的定義雖不盡相同，但多數(shù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)地址都是按照MODBUS通訊協(xié)議定義，因此多數(shù)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的交換不存在問題。
TS3000系統(tǒng)將數(shù)字信號(hào)寫入三菱PLC中的組態(tài)方案如圖4。
圖4 Triconex 的TS3000系統(tǒng)通訊組態(tài)方案
TS3000系統(tǒng)中數(shù)字信號(hào)的地址與三菱PLC中數(shù)字信號(hào)的地址對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：
02001 ------ M0
02002 ------ M1
02003 ------ M2
------------------
03000 ------ M999
03001 ------ L0
03002 ------ M1001
03003 ------ M1002
------------------
03998 ------ M1997
03999 ------ M1998
04000 ------ M1999
當(dāng)給模擬信號(hào)組態(tài)時(shí)卻出現(xiàn)了意想不到的情況。TS3000系統(tǒng)將模擬信號(hào)的地址定義為4xxxx，而三菱A系列PLC卻將模擬信號(hào)的地址定義為3 xxxx。因此TS3000系統(tǒng)無法將模擬信號(hào)寫入三菱PLC中。如上所述，數(shù)字信號(hào)能夠?qū)懭隤LC中，于是在TS1131組態(tài)軟件中將一個(gè)模擬信號(hào)的16位二進(jìn)制碼分解成16個(gè)數(shù)字信號(hào)，然后用將數(shù)字信號(hào)寫入PLC的方法將分解得到的16個(gè)數(shù)字信號(hào)寫入到PLC中。在三菱A系列PLC中，用PLC組態(tài)軟件的梯形邏輯圖將這16個(gè)數(shù)字信號(hào)合成一個(gè)十進(jìn)制數(shù)，這樣在三菱PLC中就恢復(fù)了這個(gè)模擬信號(hào)，于是TS3000系統(tǒng)與三菱PLC之間的模擬信號(hào)的傳輸問題就得到了徹底的解決。
TS3000系統(tǒng)將模擬信號(hào)寫入三菱PLC中的組態(tài)方案如圖5。
圖5 Triconex 的TS3000系統(tǒng)將模擬信號(hào)寫入三菱PLC中的組態(tài)方案
TS3000系統(tǒng)將信號(hào)寫入三菱PLC后，數(shù)字信號(hào)就存在于相應(yīng)的地址，模擬信號(hào)也以數(shù)字信號(hào)的形式存在于相應(yīng)的地址中，所以PLC雖然是從站，但也要完成一項(xiàng)任務(wù)，既恢復(fù)模擬信號(hào)——將在TS1131組態(tài)軟件中將模擬信號(hào)分解成的16個(gè)數(shù)字信號(hào)再合成模擬信號(hào)。PLC的組態(tài)軟件語言為梯形邏輯圖，其組態(tài)方法如圖6。
圖6 三菱PLC恢復(fù)模擬信號(hào)的梯形邏輯圖
這樣在三菱PLC中，數(shù)字信號(hào)存放在中間繼電器M中，模擬信號(hào)存放在數(shù)據(jù)寄存器D。CENTUM系統(tǒng)只要從相應(yīng)的中間繼電器M及數(shù)據(jù)寄存器D中將數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)分別讀取出來，那么TS3000系統(tǒng)與CENTUM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換就完全實(shí)現(xiàn)了。
結(jié)語
當(dāng)兩套控制系統(tǒng)之間通訊不能實(shí)現(xiàn)時(shí)，利用兩套控制系統(tǒng)都能夠交換數(shù)據(jù)的第三設(shè)備作為橋，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換不失為一種很好的解決方案。
參考文獻(xiàn)：
1. TRICONEX TS3000編程組態(tài)手冊(cè)
2. 三菱A系列PLC編程組態(tài)手冊(cè)
3. InTouch組態(tài)手冊(cè)
評(píng)論