CEMS 與DCS 通信的建立和優化

軒忠民

（海洋石油富島有限公司）

煙氣在線監測系統 （Continuous Emission Monitoring System，CEMS）主要監測裝置生產過程中產生的SO2、NOx及顆粒物等主要參數， 分析儀器將這些數據通過數采儀經由無線網絡傳輸至環保部門的監控平臺，以便進行實時監測。

為了達到環保要求， 某裝置輔助鍋爐新增CEMS，以實時監測鍋爐污染物排放情況。 為了便于工藝人員實時監控污染物含量并及時處理異常情況，技術人員將各個污染物的測量值和折算值引入DCS，并顯示到操作站的DCS畫面上。

1 DCS監控的有效數據選擇

由于CEMS獨立于主裝置DCS，致使分析儀器故障或數據傳輸中斷等問題不能被第一時間發現，進而導致污染物排放超標或數據無效等環保事件發生。 為了保證煙氣排放數據能夠實時準確傳輸至主裝置DCS，避免此類環保事件的發生，公司組織技術力量設計了3套方案：

a. 將分析儀器輸出至數采儀的4～20 mA信號采用一進二出的安全柵，一路送入數采儀，另一路進入主裝置DCS。本方案需要電纜較多，同時需要額外增加DCS模擬量輸入卡，施工成本高、系統組態風險大。

b. 將CEMS上位機搬至中央控制室。 由于CEMS站房距離中央控制室有500 m距離，分析儀器至上位機間的通信電纜不僅需要重新敷設，而且需要增加中繼器， 再者也不能滿足環保部門“上位機必須留在現場CEMS站房內”的要求。

c. 采用Modbus通信方式將環保數據傳輸至主 裝 置DCS。 經 現 場 確 認，CEMS 可 提 供 現 場Modbus通信接口的有兩處 （一處在分析儀器內，另一處在數采儀內）， 本方案僅需一條兩芯帶屏蔽的雙絞線，DCS側的Modbus接口可利用現有空余端口，方便實施的同時，可大幅節約技改成本。

為保證工藝監控數據和環保平臺接收到的數據保持一致，最終決定采用方案c，將數據從數采儀的Modbus接口處引出。

2 CEMS與DCS通信的建立

由于該裝置DCS采用CENTUM VP系統，故本次Modbus通信采用ALR121通信卡（圖1）。 Modbus通信采用RS485接線。

圖1 ALR121硬件接口

在廣達遠GMM-400系列數采儀內部電路板上，有一對接線端子（RS485_A/RS485_B），該對接線端子即是數采儀的RS485接線處。

進行RS485通信時， 將數采儀的RS485_A、RS485_B、SG端子與ALR121的TX+、TX－、SG端子連接［1］，接線如圖2所示。

圖2 DCS通信卡ALR121與數采儀RS485通信接線示意圖

3 軟件組態

現以GMM-400數采儀和CENTUM VP系統間通信為例說明軟件組態方法。

3.1 數采儀的組態

首先，輸入數采儀密碼，進入數采儀的“串口［6］RS485”窗口界面，主要參數設置見表1。

表1 數采儀主要參數設置

進入串口組態界面的下一頁， 可以看到各分析數據對應的地址， 該地址位寄存器地址見表2。

綜合表2并結合數采儀說明書， 各個分析參數的通信地址是固定的，且采用的是帶符號的32位浮點型模擬量數據。

表2 分析數據地址

3.2 CENTUM VP系統組態

在進行CENTUM VP系統組態時，首先定義ALR121的硬件端口。鑒于該分析儀數據僅作為監視用途，不具有控制和聯鎖功能，故定義為非冗余，通信端口選擇Port1，Card Common（卡件公共項） 里的Connection Device （通信設備） 選擇Modbus。 在Port1界面，詳細設置見表3。

表3 DCS通信參數設置

在兩線制和四線制設置（2-Wire/4-Wire Setting）里，選擇兩線制（2-Wire），其余按默認值。

在定義完通信卡屬性后，需要在ALR121中定義通信點的地址。 其中關鍵參數是：

SIZE 36

PORT 1

STATION 6

Device & Address A40013（模擬量）

DATA TYPE Input（32-Bit Floating）

Reverse Words（高低位翻轉）

Device & Address的地址A40013是數采儀提供的Modbus通信地址的起始地址，以后的排列順序必須與數采儀提供的地址表相一致。 Device& Address在數采儀的地址結構為“<功能碼>+<設備類型>+<設備地址>”［2］。

由于該Modbus通信讀取的數據均為模擬量，因此對于模擬量， 當對數采儀通信到DCS的數據進行顯示時， 利用CENTUM VP系統的FUCTION BLOCK建立PVI顯示即可［3］，其中，AI10905組態如圖3所示。

圖3 AI10905 FUCTION BLOCK的PVI組態

4 通信調試

在CENTUM VP系統組態完成并下裝后，各項數據指示正常， 但是在DCS報警框內頻繁出現A391和A3B0故障代碼。查閱橫河系統手冊，A3B0代碼為設備通信中斷， 可理解為線路不通或斷線；A391為設備忙， 說明DCS側能接收數據但數據接收太慢或太快，導致數據處理不及時。 分析后確認這兩項報警均與數采儀相關。

咨詢DCS和數采儀廠家，對波特率、奇偶校驗（后改為無） 及數采儀軟件升級等設置進行了排查，但是報警仍然存在。

然后按照數采儀廠家的建議，采用SS-COM串口監聽軟件進行了在線監測［4］，發現DCS發出數據請求后數采儀響應不夠及時， 導致反應超時（Time-out）。

經過和DCS報警時間比對，當發生A3B0系統報警時，SS-COM串口監聽軟件監聽到的報文信息如圖4所示， 其中藍色部分為DCS報警A3B0發生時的雙方報文信息，其中“06 03 00 0C 00 24 84 65”為DCS發送的請求報文，可以看出，DCS側請求3次后，數采儀側才有響應，且響應時間約18 s，已經遠遠超過了DCS 側響應超時（Response Timeout）時間4 s［5］。

圖4 A3B0系統報警時的報文信息

圖5所示為當DCS報警A391發生時的雙方報文信息，其中“06 03 00 0C 00 24 84 65”為DCS發送的請求報文，可以看出，DCS側請求3次后，數采儀側才有響應，且響應時間約20 s，也遠超DCS側響應超時（Response Timeout）時間4 s。

圖5 A391系統報警時的報文信息

綜合以上兩種DCS報警對應的報文信息可以得出以下結論：

a. DCS側請求指令間隔短、數采儀響應不及時；

b. DCS側響應超時時間短，數采儀在規定時間內不能返回報文；

c. 通信速率高， 數采儀側通信速率達不到DCS的要求；

d. DCS側請求次數少（僅1次），數采儀未收到或收到后無反應［3］。

根據以上分析， 最終在DCS 組態軟件CENTUM VP內將ALR121卡Port1口的4個參數的屬性做了修改，具體見表4。

表4 DCS通信參數調試結果

經過以上參數調整后， 經過一周的觀察，報警未再發生，確認通信正常。

5 結束語

某裝置輔助鍋爐CEMS與CENTUM VP系統的Modbus通信系統投入實際運行后，CEMS與DCS通信性能穩定，已經在實時監控、環保數據統計分析及預防環保事件發生等方面體現出明顯的優勢。當然CEMS與DCS通信的手段和策略有很多種，筆者拋磚引玉，期待同仁不斷探索總結更多實用方法。