橫河DCS 與和利時DCS 串行通信的實現方法

鄭文革 王振新 王家麟 孫明亮

(中國石油遼陽石化公司 a.設備處；b.儀表廠)

通過中國石油遼陽石化公司烯烴廠橫河CS3000 系統與和利時DCS 之間的通信， 總結DCS 之間通信在構建和程序設計上的實現方法。根據兩套系統軟件版本的通信能力，軟件部分采用Modbus RS-485 協議，硬件部分橫河DCS 系統與和利時DCS 系統各自增加通信卡ALR121 和K-MOD01， 實現兩套獨立DCS 系統之間的串行通信。

1 RS-485 的通信原理及特點

RS-485 是一種半雙工通信標準，物理結構采用的是平衡驅動器和差分接收器的組合。 采用差分信號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10MB/s 以上。 橫河ALR121 通信卡的接線方式通常為：TX+為正向發送端子、TX-為負向發送端子、RX+為正向接收端子、RX-為負向接收端子、SG 為卡件接地端子、FG 為抗干擾接收端子。

2 實現過程

在硬件上，采用兩線制連接方式，橫河系統作為主站， 發出請求， 接收從站發出來的數據，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）。 和利時系統作為從站，接收請求，向主站發出數據。 K-MOD01 接線管腳D+對應ALR121 管腳RX+正向接收端子，D-對應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K-MOD01 通信卡RS-485 兩線制連接方式

3 軟件組態

本次為單獨通信，橫河DCS 系統充當主站接收和利時DCS 系統發送過來的數據，和利時DCS系統充當從站發送通信數據。 如果通信出現錯誤，作為主站的橫河系統會發出錯誤報警，主—從查詢—回應周期如圖3 所示。

打開橫河CS3000組態軟件，生成ALR121 通信卡，在卡件屬性連接設備中選擇Modbus，設置端口Port1 或者Port2 屬性。

通信組態各項定義說明如下：

a. Buffer area。 定義本次通信所需的通信點數。

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

c. Size。 本次通信數據類型所占的位數。

d. Station。 從站設備的地址。

e. Device&Address。 和利時DCS 系統內部保存地址。

圖3 主—從查詢—回應周期示意圖

f. Data Type。 數據類型，兩套DCS 系統須保持一致。

g. Reverse。 是否將控制站（FCS）和子系統中的數據位取反。

h. Scan。 設置通信速度，正常、快、慢。

橫河通信卡ALR121 的模擬量組態對話框如圖4 所示。

圖4 ALR121 的模擬量組態對話框

從站和利時DCS 系統對系統軟件版本和硬件型號的要求：K-MOD01-A.1.1 或之后硬件型號，MACS V6.5.3 或之后軟件版本，僅支持RS485 電氣接口。

雙擊K-MOD01 模塊進行參數設置， 組態對話框如圖5 所示。

圖5 和利時K-MOD01 模塊組態對話框

K-MOD01 作為Modbus 從站時，需根據主站發出的請求功能碼組態，對應規則如圖6 所示。

組態步驟（圖7）：

a. 設置用戶參數（從站模式）。

b. 根據輸入、輸出數據長度，選擇合適的分包長度。

c. 根據Modbus 主站請求功能碼， 組態從站Modbus 功能碼子模塊，并設置子模塊訪問數據的起始地址和數據長度參數。

d. 組態結束，添加測點，編譯下裝。

4 通信線的選擇與敷設原則

在兩種DCS 系統通信實現過程中，通信線的選擇與敷設原則如下：

a. 抗干擾能力強；

b. 消除通信線自身分布電容，長距離、極高頻率、平行的雙導線不是最佳選擇；

c. 敷設過程中應盡量減少中間接頭，避免長距離通信；

d. 具備較小的阻值和較高的機械強度。

最終，本項目兩種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 功能碼對應規則

圖7 模擬量組態對話框

5 結束語

橫河DCS 系統與和利時DCS 系統之間串行通信的成功設計與實施，使作為主站的橫河DCS系統隨時可以監視和利時DCS 系統中一些重要儀表的數據變化，方便了工藝生產參數的調整和修正，提高了工藝裝置的生產效率和產品質量。