淺析橫河DCS控制系統CS3000與第三方通訊

劉 麗，董朝暉，齊文軍,王 湛

（1.中國石油烏魯木齊石化公司 煉油廠，烏魯木齊 830019；2.北京工業大學，北京 100022）

0 引言

一套獨立的DCS系統在運行過程中，總是要與其他系統如PLC、ESD等控制系統通訊，實現其他系統I/O點在DCS上的顯示或控制。本章主要對橫河CS3000控制系統與ESD、PLC 的通訊組態以及在通訊過程中出現的問題進行闡述。

1 橫河CS3000控制系統與第三方通訊的方式

橫訶CS3000控制系統的通訊卡件為ALR121和ALR111卡，這兩塊卡各有其特點，這里以ALR121卡為例來說明和第三方如何通訊，以及通訊的故障的處理。

ALR121卡遵從MODBUS協議，通訊接口是RS485接口，RS485只是定義了電氣特性的一種總線結構形式，沒有具體的數據協議。大家為了尋求一種都能兼容的協議，MODBUS成了這個目的的執行者。MODBUS后來被大家廣泛采用，成為RS485的通訊協議。Modbus協議包括ASCII、RTU、TCP。MODBUS的ASCII、RTU的這3個協議規定了消息、數據的結構、命令和就答的方式，數據通訊通常采用Maser/Slave方式。MODBUS協議需要對數據進行校驗的設置，串行協議中除了有奇校驗、偶校驗外，ASCII模式還采用LRC校驗，而RTU模式采用16位CRC校驗。然而MODBUS TCP模式卻沒有額外規定校驗。

一般橫河CS3000都采用RTU方式和第三方通訊，通訊卡ALR121的接線方式有兩線制和四線制。其中兩線制的接線方式接線如下圖1。圖中右側為DCS接線方式，其中在DCS端RX+和RX-之間要加120Ω的電阻，TX+與RX+用短接線短接，TX-與RX-用短接線短接；與DCS通訊的另一方只需將RX+和RX-相應的連接上即可。

圖1 兩線制的接線方式Fig.1 Two wire connection mode

圖2為四線制的接線方式，在DCS端TX+TX-RX+RX-分別接另一方通訊的RX+RX-TX+TX-端子，圖中右側為DCS方接線，在DCS方的RX+和RX-需要加120Ω的電阻，左側為第三方的接線，完成了硬件接線后，下面要做的工作是在DCS上完成通訊卡件的設置和組態[1]。

圖2 四線制的接線方式Fig.2 Four wire connection mode

2 橫河CS3000控制系統與第三方通訊組態內容[2～4]

接線完畢后需要做的是對通訊卡件ALR121卡進行通訊設置和組態下裝，有以下7個步驟。

1）獲取對方的點地址及對應的位號

一般來說DCS控制系統和以下系統通訊較多，表1、表2給出了與DCS通訊方的模擬量和數字量地址表格（數字量通訊直接引用對方地址即可，不需要轉化）。

表1 模擬量地址表Table 1 Analog address table

表2 數字量地址表Table 2 Digital address table

2）DCS控制系統與第三方需要確立通訊規則如：波特率9600，開始位1，結束位8，齊偶校驗規則（EVEN-偶校驗，ODD-齊校驗；NONE-無奇偶校驗），從站號（如SLAVE=3），這個通訊設置雙方必須一致，否則導致雙方數據通訊不上。

點擊通訊卡件的右鍵，選擇properties，會出現對話框，在baud Rate選擇波特率為9600bps。在奇偶校驗位parity選擇even（也可選擇Odd或No），在停止位stop bit選擇8；在起始位start bit選擇1；選擇DR數據準備好即將DR check選中；在屬性對話框的左下角有兩線制和四線制的選擇，實際接線是幾線制就選擇幾線制，然后查詢對方的模擬量的數值范圍（如S7300的模擬量的點的范圍是0-27648）。

3）對DCS CS3000控制系統的通訊卡設置足夠的緩沖區

雙擊ALR121通訊卡，打開建點畫面在緩沖區buffer設置足夠大，即超過組態的占用的點數總和。

4）在ALR121通訊卡中建點（AI點和DI點）

AI點建立：雙擊ALR121通訊卡，進行建點，在program name有選擇項，選擇的是所組態的通訊卡件的物理位置，在大小size中輸入所組態連續地址的點數，在port中輸入1（通訊端口1），如果輸入2則用的是端口2通訊；在station輸入從站號，在第二步雙方已規定好的SLAVE=3；在device&address輸入第三方的地址；在date type中選擇下拉菜單是輸入還是離散量，是16位還是32位，是有符號還是無符號，這要根據第三方的送到DCS訪的通訊數據類型而定，如果數據類型不統一，也是通訊不上的；在reverse中選擇NO還是YES(一般是NO)，在scan掃描中選擇normal，在service comment中輸入所組態點的文字說明；在label中輸入%%位號名（不可重復，在功能塊的組態中會用到）。

如果是DI點通訊則需要在Date Type中選擇Input Discrete。其余與建立AI點是一樣的，只是在不需要在Label中輸入位號名，在相應的Element有%WW0055這個地址，點擊Tools的call%wb number difinition，進入到DI位號說明的組態，在空白的地方寫入Element的地址%WB005501～%WB005516，也就是說%WW0055這個地址可以組態16個DI點，在Tag name Tag comment寫入相應的位號和說明。檢查組態無誤，點擊FILE保存在線下裝即可。

5）在FUNCTION BLOCK中組態

在組態FUNCTIONBILOCK中添加PVI塊，地址連接通訊卡的label，組態方法與普通硬點的組態方法是一致的。檢查組態無錯誤后，便可以download。

6）在流程圖中鏈接點，既可以在DCS實時監控系統中調用點的面板，查看顯示值。

3 橫河CS3000控制系統與第三方通訊的故障處理

但是在實際應用當中，經常會發生通訊卡雙方通訊不通的問題，主要現象表現為通訊卡件狀態為紅色X，或是卡件紅色并且顯示1C、2C，同時在process report中看不到數據，有以下幾方面的原因。

1）可能是雙方設置的通訊參數不同，通過核對參數并調整來解決這個問題。

2）可能通訊電纜發生斷路或者通訊電纜不是標準電纜，解決的辦法是檢查電纜：正常通訊電纜上的電壓是4.5VDC～5.0VDC，如果用萬用表測量通訊電纜的電壓小于4VDC，那么就是通訊電纜的問題。

3）DCS方或第三方的通訊卡件故障，解決辦法是改用備用通訊卡件，查看是否能夠通訊上。如果為通訊卡件故障則需要更換通訊卡件。

4）其他原因。

某控制系統與橫河控制系統在通訊過程中經常出現如下報警信息：“FCS0105 IOM OUT SERVICE FI01 NODE12 SLOT3”，這條報警信息大概每一分鐘出現一次。

原因1，某控制系統只進來了一組信號，而DCS控制系統卻有一對冗余的通訊卡。通過將所需通訊信號調換到非冗余的通訊卡件后，通訊調試正常；原因2，某控制系統的通訊接口為RS232，而橫河控制系統的通訊接口是RS485，由于是先把電纜鋪設到光電轉換器側，然后進行RS232到RS485的轉換，這中間距離大概有30m，然而RS232的傳輸距離只有十幾米，所以導致通訊超時，沒有通訊成功。后來就先在第三方控制系統側進行RS232到RS485的轉換，再把電纜鋪設到光電轉換器。這個辦法使得通訊正常。

4 結束語

通過以上對橫河CS3000控制系統與第三方通訊組態的講解，對通訊過程中出現的問題也進行了闡述和分析，相信大家按照步驟就可以對DCS的通訊進行組態了，實現了其他系統在橫河DCS控制系統的正常顯示，滿足石油煉制企業對控制系統的要求，實現了各個不同控制系統之間的數據共享。

[1]橫河公司CS3000系統資料[Z].

[2]橫河公司CS3000系統組態資料[Z].

[3]華镕.從Modbus到透明就緒:施耐德電氣工業網絡的協議、設計、安裝和應用[M].北京:機械工業出版社.

[4]石油化工儀表自動化培訓教材編寫組.自動控制基礎理論[M].北京:中國石化出版社.