多系統(tǒng)通信技術研究———-OPTO 22 SNAP I

摘要：本文介紹了OPTO 22 SNAP I/O 在一個多種控制系統(tǒng)間與其他各種PLC之間同時相互通訊的詳細案例，著重闡述了軟件編制方法及實現(xiàn)過程。

1、 概述
大慶油田天然氣紅壓深冷裝置是天然氣分公司最大的氣處理裝置，每天處理天然氣量
達到90萬方，生產(chǎn)輕烴200余噸。根據(jù)天然氣深冷分離裝置自動化監(jiān)控系統(tǒng)的設計要求，
由于相關的PLC設備分布廣泛，監(jiān)控功能要求自動化程度高，而且有關的信息要迅速獲取及處理，并要易與管理。因此自動控制系統(tǒng)以OPTO 22公司 SNAP I/O系統(tǒng)作為骨干框架，結(jié)合其極其先進易用的應用開發(fā)組態(tài)軟件包Factory Floor Suit 4.0c,在32位的WINDOWS操作平臺上，開發(fā)出既能很簡單便完成系統(tǒng)各種監(jiān)控功能，又具有使用靈活的人機界面的天然氣深冷分離裝置自動化監(jiān)控系統(tǒng)應用軟件，監(jiān)控裝置區(qū)各工藝點的溫度、壓力、差壓、調(diào)節(jié)閥等。裝置內(nèi)壓縮機、膨脹機、丙烷制冷機、ESD緊急停車系統(tǒng)等與OPTO 22 SNAP I/O系統(tǒng)通過通訊進行數(shù)據(jù)交換，由于機組自帶的PLC系統(tǒng)出自多個廠家，通訊標準不同，技術難度較大。
我們通過不斷摸索、實踐，在較短時間內(nèi)，順利完成了多個系統(tǒng)間的通信問題，使系統(tǒng)具有可靠性高、兼容性強、操作簡便等優(yōu)點，并且為項目節(jié)省了投資。

2、 通訊系統(tǒng)的要求
1） 具備實時數(shù)據(jù)傳輸通訊功能，利用OPTO 22 產(chǎn)品的強大的通訊優(yōu)勢，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)絆PTO 22 SNAP I/O系統(tǒng)。
2） 完善的安全監(jiān)控功能。OPTO 22 SNAP I/O 系統(tǒng)接收到機組通訊傳出的報警信號，能夠及時記錄并執(zhí)行相應現(xiàn)場控制流程。
3） 支持多通信協(xié)議。
4） 良好的中文人機界面。
5） 采用工業(yè)組態(tài)軟件實現(xiàn)，便于維護、擴充和升級。

3、 技術實現(xiàn)
紅壓深冷裝置項目由壓縮機控制子系統(tǒng)、膨脹機控制子系統(tǒng)、丙烷機控制子系統(tǒng)、ESD
緊急停車子系統(tǒng)和OPTO 22公司OPTO22 SNAP I/O控制系統(tǒng)（ME系統(tǒng)）五部分組成。其中前四個系統(tǒng)只是進行局部的單位控制，與OPTO 22 SNAP I/O控制系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡通訊實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。OPTO 22 SNAP I/O系統(tǒng)（ME系統(tǒng)）在整個系統(tǒng)中處于全局控制和監(jiān)視的至關重要的地位。
在本項目中我們使用OPTO 22 SNAP I/O控制系統(tǒng)的OPTO 22 SNAP LCM4作為主控制器，該控制器CPU采用32位Motorola 68EC030處理器，4MB內(nèi)存帶電池后備，2MB快閃可讀寫內(nèi)存，四個串行接口，一個固定的RS—485，三個可分別獨立設定為RS—232/485。我們利用控制器自帶的串行接口進行編程實現(xiàn)。
在現(xiàn)場應用中，首先我們分析ESD系統(tǒng)。ESD緊急停車系統(tǒng)是紅壓深冷裝置安全保證的基礎，它采用SIEMENS S7—400可編程序控制器實現(xiàn)，自身設計成主站工作，無上位機顯示設備，監(jiān)控完全在OPTO 22 SNAP I/O中實現(xiàn)。OPTO 22 SNAP I/O控制系統(tǒng)中的LCM4控制器的COMO----COM3通訊端口可以根據(jù)需要設置成232或485方式，根據(jù)現(xiàn)場的多次通訊實驗，通訊采用標準MODBUS方式實現(xiàn)不了。主要原因是ESD系統(tǒng)采用的是主站方式，若改為從站通訊方式需更換所有ESD 軟、硬件。費用太高，不可能實現(xiàn)。經(jīng)過對ESD、PLC的進一步分析，我們決定采用自由口通訊方式把SIEMENS S7---400通訊端口用485接線方式連接到與其標準兼容的LCM4控制器的COM3上。，通過編制數(shù)據(jù)交換程序，設定起始碼，奇偶校驗、每個數(shù)組的位數(shù)、傳輸波特率等。調(diào)試過程中，DCS 接收到了ESD 發(fā)送的數(shù)據(jù)，但穩(wěn)定性差，在線（ONLINE）程序中看到有時出現(xiàn)空棧錯誤，程序運行至通訊時邏輯不正常，經(jīng)過反復分析及多次實驗，在程序中加了數(shù)據(jù)同步處理，至此與ESD通訊完全正常，實現(xiàn)了DCS與緊急停車系統(tǒng)（ESD）的通訊。
在與壓縮機系統(tǒng)PLC通訊時，壓縮機系統(tǒng)采用GE公司的90—70，我們采用MODBUS RTU方式編制相應程序，在程序編制完成后，通過下裝、運行，不斷調(diào)試，最終順利進行了連接。
在實現(xiàn)上述兩個機組通訊的基礎上，利用積累的經(jīng)驗，掌握了各機組的特點，實現(xiàn)了DCS與全部機組通訊。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置方案
在本系統(tǒng)配置中，采用OPTO 22 先進且成熟可靠的OPTO 22 SNAP I/O系統(tǒng)，這是一個應用串行通訊多次重發(fā)技術的三層分布式網(wǎng)絡。本系統(tǒng)由自控中心的監(jiān)控主機PC 和四臺OPTO 22的主控制器OPTO 22 SNAP—LCM4以及7個可分布安裝放置的前端智能I/O單元B3000組成，有關的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，請參閱以下的圖示。


（結(jié)構(gòu)圖示）
如圖所示的三層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中，最上一層是由PC 組成，使用ETHERNET網(wǎng)絡連接，作為監(jiān)控系統(tǒng)的人機界面，動態(tài)顯示各種設備運轉(zhuǎn)的實時狀態(tài)，顯示和記錄設備的異常和故障報警，設定設備的自動運行時間和條件，操作者可切換系統(tǒng)設備按自動或手動的方式運行。另外，如用戶有所要求，可把監(jiān)控主機設立為WEB SERVER，所有的監(jiān)控圖畫轉(zhuǎn)換為WEB PAGE ，用戶可在局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)上，使用標準的網(wǎng)頁瀏覽器Internet Explorer，對系統(tǒng)實行監(jiān)視操作和控制。
第二層由四臺OPTO 22控制器 OPTO 22 SNAP---LCM4組成，各控制器與監(jiān)控主機之間采用以太網(wǎng)通訊方式，組成監(jiān)控網(wǎng)絡（C--NET）。其中兩臺控制器與現(xiàn)場I/O相連，另外每臺控制器于現(xiàn)場PLC相連。
第三層是由多臺PLC及7個I/O智能單元B3000組成。I/O單元之間及相關控制器之間由RS—485組成I/O網(wǎng)絡（I/O--NET），I/O單元的距離是1000M，加通訊重發(fā)器可延長分布距離。這樣可以把I/O單元和I/O模塊分散安置在相關設備附近，使連接的信號線減到最少，大大減少了信號傳輸過程中受到干擾的機會。I/O單元直接獲取設備的工作狀態(tài)和報警信號、設備的檢測信號數(shù)值，同時可自動或手動控制設備的運轉(zhuǎn)，對有關的PID運算控制回路進行本地的運算和調(diào)節(jié)，大大加強了系統(tǒng)的實時控制及快捷反應能力。

結(jié)束語
通過實踐證明OPTO 22 SNAP I/O系統(tǒng)與多機組PLC之間的通訊是穩(wěn)定和便捷的，實時性好，可靠性高。體現(xiàn)了OPTO 22 SANP I/O系統(tǒng)靈活、多變、通訊功能強大及其廣泛適應性的特點。
作者簡介
郜保國 男，1967年1月生人。1991年畢業(yè)于上海機械學院 現(xiàn)工作于大慶油田自動化儀表有限公司，工程師，現(xiàn)任工程公司副經(jīng)理。聯(lián)系電話：0459—5105428
田驥飛 男 1974年生人。北京奧普圖科技有限公司，技術經(jīng)理，工程師。
聯(lián)系電話：010—64830920--16