浙江中控集散控制系統與圖爾克遠程分布式I/O及電動機控制系統在制藥項目中的應用

余俊寧

（身份證號碼：330781199706231112，浙江 金華 321106）

隨著現代工業工廠自動化和智能化的快速發展，大型制藥化工項目的模擬量和數字量的輸入/輸出點位很多，控制系統項目復雜性也很高，因此對大型制藥廠的自動化和智能化DCS控制系統水平的要求也愈發提高，而工廠最重視的當然是集散控制系統的穩定性、控制精度以及響應速度。目前市場上的DCS系統制造商的價格參差不齊，但用戶對于數據傳輸的高精度、高穩定性、快速性的要求是永恒不變的，因此在工程實踐中經常存在不同廠家的產品和系統需要在上位機集成，而搭建它們之間數據交換的橋梁是工業以太網、串行通信等通信協議。文章主要介紹浙江中控ECS-700 DCS系統與現場圖爾克遠程分布式I/O及電動機控制系統通信在大型制藥工程中的應用。

1 浙江中控ECS-700系統介紹

ECS-700系統是浙江中控的SUPCON WebField系列DCS控制系統，具有對大型聯合機組的綜合管理能力。該系統的設計充分考慮了大型工廠信息共享和協同工作的需要。其集成的系統結構和一系列應用軟件可以幫助用戶及時獲取決策信息，與不同部門的人員協作，降低維護成本，提高生產效率[1]。

ECS-700系統具有開放的數據網絡接口，便于與上層信息系統進行數據交換，可以充分滿足企業信息管理系統的各種實時車間生產信息顯示和觀察的要求。與此同時，ECS-700系統具有靈活的系統網絡架構以及在線擴展系統的持續性，最終目的是減少工廠日后擴展系統所需要的大量投資。

2 系統架構

2.1 DCS上位機系統

上位機采用浙江中控ECS-700集散控制系統對車間裝置、公用工程以及成套設備等各種運行或故障狀態下的有效數據進行監視與控制。電動機系統采用馬達保護器及變頻器通過串行通信（RS485）或西門子工業以太網通信方式Profinet通信進行數據采集與現場控制。下文敘述的項目中DCS與遠程分布式I/O將采用工業以太網EtherNet/IP通信，馬達保護器采用RS485通信，變頻器采用Profinet通信的方法進行通信配置。

2.2 ECS-700系統及遠程分布式I/O硬件構成

浙江中控ECS-700集散控制系統由以太網交換機、光纖接續盒、冗余控制器（FCU712-S01）、以太網通信模塊（COM725-S11），其專門用于與圖爾克遠程I/O工業以太網EtherNet/IP連接使用。以太網通信模塊（COM723-S），其是西門子工業以太網通信方式Profinet通信中控下位機主站卡件、I/O機架、模擬量輸出信號帶可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協議（Highway Addressable Remote Transducer，HART）的卡件（AO711-H11）、模擬量輸入信號帶HART卡件（AO711-H11）、數字量輸入信號卡件（DI711-S11，其查詢電壓為24 V，若傳輸的是標準的NUMER信號，則需增加數字量輸入隔離型安全柵）、數字量輸出信號卡件（DO712-S11）以及RS485串行通信模塊（COM741-S01）等硬件組成；圖爾克遠程分布式I/O由工業以太網EtherNet/IP網關（GEN-3G en）、底板（MT24-3G）、電源模塊（PSM24-3G）、模擬量輸入集成安全柵一體化卡件（AIH401EX）、模擬量輸出集成安全柵一體化卡件（AOH401EX）、數字量輸入集成安全柵一體化卡件（DM80EX）、數字量輸出集成安全柵一體化卡件（DO401EX）等硬件組成，可使用于防爆2區，網絡應用層使用EtherNet/IP工業以太網與浙江中控ECS-700 DCS系統上位機進行以太網通信連接，達到數據傳輸和顯示的目的。

2.3 系統網絡架構組成

浙江中控集散控制系統（V4.2版本）的系統結構軟件、組態管理軟件以及監控和運行軟件應用于制藥項目的系統上位機組態，圖爾克遠程分布式I/O用于防爆現場數據的采集，馬達保護器和變頻器用于車間電機的控制和保護，圖爾克遠程分布式I/O與DCS上位機COM725卡件的通信，如圖1所示;馬達保護器通過屏蔽雙絞線連接于COM741卡件與上位機通信，如圖2所示，因RS485通信較簡單，下文不會詳細展開敘述；變頻器用Profinet通信，則需要1個交換機，先將多個變頻器單獨網口分別通過超五類非屏蔽雙絞和水晶頭組合線連接于交換機上，然后交換機通過超五類非屏蔽雙絞和水晶頭組合線連接于COM723卡件進行通信，具體圖例如圖3所示。

圖1 COM725的網絡架構

圖2 馬達保護器與上位機RS485通訊簡圖

圖3 變頻器與上位機Profinet通信簡圖

3 EtherNet/IP和Profinet網絡通信設置

3.1 EtherNet/IP通信設置

浙江中控ECS-700 DCS系統的COM725-S11以太網通信卡件作為EtherNet/IP以太網通信的主站通信口，目的是把標準EtherNet/IP以太網通信從站圖爾克遠程分布式I/O接收到的現場數據集成到ECS-700系統中來，其IP地址需在軟件中設置成“192.168.*.*”的格式。現場及機柜內硬件系統完成搭建后，通過浙江中控DCS系統結構軟件、組態管理軟件進行網絡架構的組態以及COM725-S11以太網通信卡件和遠程分布式I/O的各項數據設置組態，主要設置的數據包括數據類型、組態長度ID號、IP地址、輸入/輸出通道字節數等[2]。主要配置過程參閱浙江中控EtherNet/IP使用手冊，在這里不做過多詳述。

圖爾克遠程分布式I/O作為從站，其通過圖爾克組態修改軟件（TurckServiceTool_V3.2.2.0）對分布式遠程I/O各類型卡件進行參數的編輯和修改，其需要編輯的參數包括IP地址、組態長度ID號、輸入/輸出通道字節數等，上述列舉的所有參數必須要與DCS上位機所設置的參數對應[3]，否則會通信不上，可上圖爾克官網詳細查看使用說明書，這里不過多詳述。

ECS-700系統與圖爾克遠程分布式I/O系統通信組態。浙江中控ECS-700集散控制系統組態管理軟件中的EtherNet/IP網絡配置組態管理軟件（CIPCon）作為EtherNet/IP主站通信的DCS上位機軟件，其可以配置主站以及從站的相關詳細參數，只有當DCS上位機卡件主站的參數配置和遠程分布式I/O從站的參數配置相對應時，才能搭建一個完整的通信橋梁。

3.2 Profinet通信設置

DCS主站通信模塊COM723-S作為一個西門子工業以太網Profinet主站接口，目的是把標準西門子工業以太網Profinet變頻器從站接收到的現場數據集成到ECS-700系統中來，其IP地址需設置為“192.168.*.*”的格式。現場機柜內變頻器和中控通信卡件硬件系統完成搭建后，通過浙江中控DCS系統結構軟件、組態管理軟件進行網絡架構和必要參數的組態[4]。主要配置過程參閱浙江中控Profinet使用手冊，在這里不做過多詳述。

整個網絡通信回路中，西門子變頻器作為從站，可通過配置MOP面板對變頻器通信端口的參數進行組態，目的是讓其和DCS上位機的組態參數相對應，具體參見西門子變頻器的官方使用手冊，在這里不做過多詳述。

ECS-700系統與西門子變頻器通信組態。中控DCS組態管理軟件中的西門子工業以太網Profine組態管理軟件（PNCon）作為DCS與變頻器Profinet通信的上位機軟件，其可以配置主站以及從站的相關詳細參數。當然在這之前還有一個最重要的步驟就是把西門子工業以太網Profinet通信配置文件（GSDML），可自行去西門子官方網站下載得到，組態前先將西門子變頻器設備Profinet通信配置的GSDML文件通過浙江中控PNCon組態管理軟件界面，選擇菜單命令【文件/導入GSDML文件】導入，操作成功以后，可以開始西門子工業以太網Profinet通信組態[5]，具體配置過程參見浙江中控PNCon軟件使用手冊。

4 網絡通信數據組態及顯示

在浙江中控ECS-700集散控制系統界面中運行系統組態管理軟件，打開相應默認工程，然后在“硬件配置”中添加EtherNet/IP或西門子工業以太網Profinet通信模塊，然后啟用CIPCon或PNCon通信組態畫面，設置主站和從站IP地址、數據長度、輸入/輸出通道字節數等參數，最后保存組態配置。然后打開DCS組態管理軟件，鼠標點擊菜單（操作-掃描通道位號-配置通信位號策略）等一系列操作之后，就可以將遠程分布式I/O或者西門子變頻器通過通信傳輸過來的數據以掃描新增位號的方式增加至位號表相對應的數據地址中。具體參見浙江中控VisualField用戶手冊、EtherNet/IP使用手冊以及浙江中控PNCon軟件使用手冊。

通信橋梁搭建完畢之后，打開浙江中控Visual－Field V4.2組態管理軟件進行編程組態，具體操作步驟為鼠標點擊控制站右擊選擇從組態服務器打開控制站，然后編輯位號表，對掃描新增的通信數據位號進行參數配置，具體參數包括位號、詳細描述，量程范圍、原始碼值、線性轉換、數據單位等。等數據配置完成之后，通過編譯下載、保存到組態服務器、同步操作組態和組態發布，最終在監控運行軟件上進行操作與監控[6]。

5 結束語

當制藥化工新建項目防爆車間I/O點位超過10 000點時，就可考慮參考本文上述幾個章節所敘述的使用集散控制系統DCS上位機加遠程分布式I/O的方案配置，兩者間通過網線和光纖連接通路，這樣的配置可以節省很多本安電纜和不必要的槽盒、橋架的費用，而且后期維護的時候，員工能在現場迅速地查明原因和解決問題，最終能為公司工藝生產保駕護航，避免不必要的經濟損失。

綜合這幾年國內外在制藥項目上所運用的控制方案，該方案在制藥大型項目（模擬量和數字量輸入/輸出點位非常多）中得到用戶的青睞，目前，整個系統網絡通信運行穩定。工業以太網EtherNet/IP、西門子工業以太網Profinet現場控制總線作為工業控制器的網絡通信協議，具有安全性高、傳輸速度快、穩定性好等特點，隨著遠程分布式I/O的普及，以及工廠電氣儀表偏向智能化和統一管理化，各種廠家控制系統差異化都將在上位機達成統一管理，從而達到現場控制和監控的便利。在今后，這種形式將會越來越多。