通過智能串口協議實現DCS之間的通訊方式

（新疆石河子天偉化工有限公司天偉自備電廠，石河子市，832048）孟丹

通過智能串口協議實現DCS之間的通訊方式

（新疆石河子天偉化工有限公司天偉自備電廠，石河子市，832048）孟丹

針對MODBUS協議中雙方必須遵守主從站方式，火力發電廠DCS系統的重要性、安全性上，通訊協議只能為主站，兩個DCS系統就無法通過傳統的modbus協議直接通訊，必須通過智能串口協議轉換模塊實現DCS系統之間的通訊。

ECS700；Modbus協議；串行通訊；協議轉換

熱電產業內，為達到國家環保要求，均采用了SCR脫硝技術，因需要大量使用氨，故設立了氨站。為全廠脫硝提供所需氨氣，而氨氣屬于危險化學品，有毒且易發生爆炸，并有泄漏的可能，故氨站成為了電廠內重點防護地方。氨站通過把液氨汽化后供給鍋爐SCR系統，氨站系統為了安全性，設計為獨立系統，與SCR區無數據通訊，且管線過長。兩邊的重要參數就需要互相聯系，隨時調整工況。以浙大中控ECS-700 DCS系統為基礎，分析了DCS控制系統與DCS控制系統通過第三方之間通訊，實現了雙方都以ECS-700 DCS系統互為主站，SS-431系統中轉從站的方式，基于Modbus協議的串行通訊網絡，解決了浙大中控ECS700系統之間互為主站的通訊方式。

1 問題的提出

難點在于氨站未設置為單元機組DCS系統遠程I/O站，如果將氨站與主機的數據以硬接線方式進行4～20mA模擬量電流傳輸的話，電流信號將會因線路過長衰減或因電磁干擾而失真，數據將偏差較大或失準而無法監控，經過比較分析，最終采用以下技術方案：

采用串行通訊方式解決數據傳輸問題，即將氨站ECS-700 DCS系統與主機ECS-700 DCS系統進行通訊。但新的問題又出現了，兩邊都是DCS系統，作為DCS系統只能為主站，不能做從站。所以兩邊無法直接通過串行通訊方式連接，多方調研，在兩個DCS系統之間增設智能串口協議轉換模塊SS-431。

2 ECS-700系統

2.1 系統簡介

WebFieldECS系統是致力于幫助用戶實現生產過程自動化的大規模聯合控制系統，繼承和發展了中控多年來積累的過程控制經驗和核心技術，融合了最新的大規模組網技術、現場總線技術和信息管理技術。ECS系統的強大功能和高可靠性可以全面幫助企業提升生產效能。ECS系列控制系統經過多年的實際運行考驗，被公認為是最成熟的過程控制系統之一。

2.2 現場總線及與第三方通訊

ECS-700系統支持HART、PROFIBUS、FF、MODBUS、EPA等多種現場總線協議，并提供相應現場總線接口模塊，所有現場側信號與系統側采用光電隔離，保證故障對系統的影響最小。

2.3 串行通信接口

串行通信模塊（COM741）為支持MODBUS協議的第三方設備與ECS-700系統之間提供通信接口。互為冗余的COM741模塊安裝于同一基座上，分別與第三方設備相連，同時讀寫數據。

2.4 打開串口通信組態軟件

在硬件組態中，選中串口通信模塊，點擊菜單命令[操作/通信組態]或者右鍵菜單中的“通信組態”功能，進入串口通信組態軟件，對模塊進行配置。

2.5 設置串口參數

串口參數包括：

端口：不可更改。

模式：支持Modbus主站、自定義主站。

物理接線：可選擇RS232和RS485。

波特率：可選擇1 200、2 400、4 800、7 200、9 600、14 400、19 200、38 400和57 600。

數據位：支持8、7、6、5個通信數據位，可根據不同協議需要進行選擇。

停止位：支持1、1.5、2個停止位，選擇時可參照表1。

校驗方式：可選擇無校驗、奇校驗、偶校驗、標志校驗和空格校驗。

設備數：軟件會根據實際配置情況自動計數，不可更改。

命令數：軟件會根據實際配置情況自動計數，不可更改。

數據位與停止位存在一定的關系，使用不同的數據位時只能使用相應的停止位，下表說明了可用情況，標“√”表示該種組合可用。

表1 數據位/停止位匹配關系表

一條串行總線即一個串口可掛接多個設備，但只支持一種通信協議。

2.6 添加設備和設置設備參數

選中COM串口，點擊工具欄的按鈕，增加設備。選中設備，在右邊的屬性頁中設置設備的設備參數包括：

名稱：設備名稱，可修改。

（2）通過3kW立磨機試驗知，在現有條件下，系統平臺較佳工況條件為：研磨介質直徑7mm，介質充填率30%左右，磨機轉速30Hz左右。

模式：在串口參數設定中設定后便不可修改。

地址：范圍0～255，此參數在位號組態軟件中執行位號掃描時，作為位號地址的一部分，幫助區分各個位號，與通訊協議中的地址無關。

實際地址：PLC撥碼地址，一條總線上撥碼地址必須唯一，在自定義協議模式下，此參數無效。（該參數在軟件版本為VisualField V3.1+SP01（含）之后新增加）。

ID號：不可修改，編譯保存后自動生成。

響應時間：設備響應命令的超時時間，單位ms。設置為0時，串行通信模塊內部自動調整。

間隔時間：命令間隔時間，單位ms。該參數表示兩條命令之間需要插入的等待時間。設置時間太長將使得命令執行周期加大。

命令數：不可修改，顯示當前該串口下已組通訊命令數量。

2.7 添加Modbus命令和設置Modbus命令參數

只有當串口的模式參數設置為Modbus主站（即設定的協議為Modbus）時，才能添加Modbus命令。命令屬性：

名稱：命令名稱，可修改

模式：不可修改。

命令號：不可修改，自動生成。

命令類型：不可修改，根據功能號自動轉換。周期：范圍（0～65 535）；命令執行的周期，單位ms。

設備地址：不可修改。

開始地址：MODBUS協議的起始地址，范圍是1～65 535。MODBUS協議起始地址從1開始，即如果對設備0～15線圈進行操作，組態應設置為1～16。若設置起始地址為0，軟件將自動將其設置為1。

數量：從起始地址開始算起需要處理的線圈或寄存器的數量，該數量范圍與Modbus協議、ECS-700系統規模及模塊緩存區大小有關。

數據長度：不可修改，自動計算生成。

位號信息：該設置描述了串行通信模塊從智能設備中獲取（或寫入）的數據，與控制器位號的對應關系。智能設備中的數據根據該對應關系，對應到控制器的相應位號。

位號類型：位號自動掃描時將根據此處所選位號，在位號表軟件中生成相應的位號類型。

位號數量：根據位號類型及需要處理的線圈或寄存器位號的數量，由系統自動生成。

3 智能轉換模塊SS-431

3.1 產品功能

λ連接百種串口協議設備到Modbus總線；

λ整合多個Modbus協議的設備，使多達近百個Modbus設備如同一個設備那樣被訪問；

λ無需PLC、PC等主站設備，即可使Modbus從站設備互相交換數據；

λ無需開發Modbus協議，即可使用簡單的協議輕松連接Modbus設備。

3.2 產品特點

凡具有RS-232/RS-485接口的設備都可以使用本產品實現數據的交換和傳遞。

3.3 配置開關

SS-431上電后雙擊指示燈下方的SET按鈕，進入配置模式。用戶可以通過兩個串口中的任意一個將SS-431連接到PC，如果使用的串口為RS-485，則還需使用RS232/485轉換器才能將SS-431連接到PC，并使用網關配置軟件SS-123配置SS-431。

3.4 配置模塊

使用SS-431的幾個步驟：按照說明書完成硬件接線；

將兩個串口中的一個串口連接至PC串口（PC串口為RS-232標準，如果接的是RS-485口，需要RS232/RS485轉換器進行轉換再連接）；

給SS-431上電，然后雙擊SET按鈕，SS-431進入配置模式，電源燈常亮，模塊燈滅掉；

使用網關配置軟件SS-123對SS-431進行配置，配置完成后關閉SS-431電源；

給SS-431重新上電，即進入正常運行狀態。

3.5 軟件配置

對模塊進行參數配置需要配置軟件SS-123。配置之前，用戶需要安裝產品光盤中的SS-123。

用戶使用網關配置軟件SS-123可以輕松完成SS-431的配置，包括串口工作模式（通信協議類型）、及串口參數：串口通信波特率、奇偶校驗、停止位等，并可對網關內存映射數據進行沖突檢測。

3.6 數據交換

SS-431的兩個串口之間的數據轉換通過“映射”關系來建立。在SS-431中有兩塊數據緩沖區，一塊是輸入緩沖區（1K字節），另一塊是輸出緩沖區（1K字節）。

Modbus主站讀命令將讀取的數據寫入到網絡輸入緩沖區，供Modbus從站或自定義從站側讀取。Modbus主站寫命令從輸出緩沖區取數據，通過寫命令輸出到相應的Modbus從站設備。

3.7 配置前注意事項

SS-123是一款基于Windows平臺，用來配置智能串口轉化模塊SS-430及SS-431相關參數及命令的配置軟件。

3.8 用戶界面

SS-123的界面包括：標題欄、菜單欄、工具欄、狀態欄、設備版塊、配置版塊和注釋版塊。

備注：在該軟件中，所有的灰色部分為不可更改項。

協議類型選擇Modbus從站

可配置參數為：

Modbus通訊波特率、數據位、奇偶校驗方式、停止位、從站地址、通訊傳輸模式。

通訊波特率：300，600，1200，2400，9 600，19 200，38 400，57 600，115 200bps可選

數據位：8位

奇偶校驗方式：無、奇、偶、標記、空格可選

停止位：1、2可選

4 結束語

自從主機DCS系統與氨站DCS系統通訊好后，兩邊數據進行了互通，保證了設備的安全性，可以為兩邊調整做出了參考數據。與此同時，我們也實現了DCS系統互為主站的通訊方式，為今后更多的通訊方式奠定了基礎。

[1]浙大中控ECS-700硬件手冊

[2]智能串口協議轉換模塊說明書。

[3]李楨。DCS與PLC的Modbus協議通信在石油化工的應用[J].計算機應用與軟件，2009,26（4）

TM621

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1008-0899（2016）04-0001-03