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    Modbus協議、OPC技術在浙大中自TDCS9200系統上的應用

    2006-05-20 浙江浙大中自集成控制股份有限公司

    某成品油輸油管道DCS站是中國石化某煉油化工股份有限公司的生產管理系統站控室,系統共包括1個操作站(兼工程師站),1個現場控制站。根據要求,需將罐區新建的6個油罐的液位溫度參數、出口電動閥門的狀態參數,和西罐區原有的10個油罐的液位溫度等參數,通過先進的計算機通訊技術引入西南成品油管道SCADA系統。DCS操作站擬采用RS485總線,通過Modbus協議與西罐區工作室YQJC-Ⅱ監測系統進行數據通訊,而與SCADA系統采用OPC技術建立數據通訊。通過對DCS的網絡設計,實現采集生產過程中的重要生產數據信息,建成管理控制一體化的生產信息服務系統。
    ·通訊系統的組成
    成品油輸油管道DCS站采用TDCS9200系統組成,其系統結構圖如圖一所示,系統操作站上運行SunyTech工業控制應用軟件。
    DCS操作站和現場控制站的通訊是通過系統網絡SNet(TCP/IP)來完成的?,F場控制站實時傳遞現場I/O采集數據至操作站;各現場控制站間的數據傳遞,以滿足大范圍協調控制的需要;操作站和工程師站向現場控制站傳遞控制指令或組態數據;保持各操作站之間數據的一致性。系統網絡采用工業以太網,符合IEEE802.3標準;其通訊速率10M/100Mbps,傳輸介質為5類非屏蔽雙絞線。系統網絡采用冗余結構,A網和B網熱備份工作。
    YQJC-Ⅱ是智能巡檢儀,它負責西罐區的液位和溫度信號的采集,為了實現和DCS系統之間的數據通訊,在YQJC-Ⅱ巡檢儀上加裝Modbus發送卡一只,DCS系統操作站加裝MOXA RS232/485轉換設備A53一只,這樣DCS就可以采集YQJC-Ⅱ巡檢儀的數據。
    由于SunyTech工業控制應用軟件還具有OPC Server的功能,只要TDCS9200系統操作站和SCADA系統在同一個網絡網段內,SCADA系統通過作為TDCS9200系統的OPC客戶端,即可輕松獲得TDCS9200系統的實時生產數據。



    圖一:DCS系統結構圖

    ·軟件的使用
    (1)通過Modbus協議建立YQJC-Ⅱ巡檢儀和TDCS9200系統之間的通訊
    YQJC-Ⅱ巡檢儀距離DCS中控室大約有850米左右,為了和DCS操作站實現通訊, 在YQJC-Ⅱ巡檢儀上加裝了Modbus發送卡一只,通訊規約采用波特率9600bps、8位數據位、1位停止位、偶校驗位、通訊方式為RS485。
    TDCS9200系統要從YQJC-Ⅱ巡檢儀獲得數據,在SunyTech工業控制應用軟件的工程管理器中必需添加YQJC-Ⅱ外部設備的連接。添加的步驟如下:在工程管理器中雙擊“設備”標簽中的“新建”,按照提示選擇Modbus(ASCII)協議,如圖示二。注意在設定設備地址時,由于Modbus設備默認地址為1,在這里也應該將外部設備設定為1。


    圖二:添加串行Modbus協議設備
    成功添加Modbus設備以后,就可以在SunyRDB實時數據庫編輯器中定義變量標簽,建立和YQJC-Ⅱ巡檢儀的尋址。變量標簽的方式如圖示三。


    圖三:通過Modbus協議建立和遠程設備的尋址
    寄存器是Modbus協議遵守的尋址規范。數據類型規范按照下表描述設置尋址。

    寄存器名稱 寄存器名格式 數據類型 變量類型 讀寫屬性
    邏輯線圈 0xdddd BIT I/O離散 讀寫
    輸入位寄存器 1xdddd BIT I/O離散 只讀
    輸入寄存器 3xdddd UINT I/O整數
    I/O實數 只讀
    輸出(保持)
    寄存器 4xdddd UINT I/O整數
    I/O實數 讀寫

    在實際使用的過程中, SunyTech工業控制應用軟件還可以測試是否和YQJC-Ⅱ巡檢儀正確的建立了通訊連接。在它的工程管理器中通過添加的外部設備,從彈出的菜單選中“測試YQJC-II”即可打開測試對話框,如圖四所示。添加幾個寄存器尋址來讀取外部變量。如果讀取正確則顯示讀取的變量值,讀取失敗則提示“與硬件設備通訊失敗”。


    圖四:通過Modbus協議測試和遠程設備的通訊
    Modbus協議在工業中的應用是很廣泛的,通過RS485總線,通訊距離最遠可以達到1200米。
    (2)通過OPC技術建立和SCADA系統之間的通訊
    在早期的DCS系統中,由于各個生產廠商的硬件和軟件所構成的計算機系統在通訊方面不能互連,如果要進行數據交換,就必需開發專用通訊軟件。OPC的出現就是解決不同硬件和軟件DCS系統之間的通訊問題。
    現在,OPC(用于過程控制的OLE)已經是一個工業標準,它基于微軟的OLE(現在的ActiveX)、COM(部件對象模型)和DCOM(分布式部件對象模型)技術來實現工業系統之間的數據通訊。目前OPC擁有一整套接口、屬性和方法的標準集,主要應用于過程控制和制造業自動化系統。
    TDCS9200集散控制系統的SunyTech工業控制應用軟件具有OPC數據服務功能,系統不需要經過特別的設置即可作為OPC Server。成品油灌區SCADA系統和DCS進行數據交換,可以采用SCADA系統作為TDCS9200系統的客戶端,TDCS9200系統向SCADA系統提供本機OPC Server服務名和本機的IP地址,與在同一個網段的SCADA系統建立OPC連接,SCADA系統即可查詢到TDCS9200系統中的數據,同時SCADA系統可以使用和改寫OPC Server中的數據。
    當然,SunyTech工業控制應用軟件的功能也是非常強大的,它不僅可以作為OPC Server,同時也可以作為OPC Client端來訪問其它系統的OPC Server。通過簡單的設置,輕松的和遠方OPC Server實現數據通訊。

    ·結束語
    通過采用Modbus協議解決了TDCS9200系統和YQJC-Ⅱ巡檢儀的通訊問題。SCADA系統具有OPC Client端的通訊能力,采用OPC Server-Client是解決TDCS9200系統站和SCADA系統數據通訊的首選。TDCS9200采用這兩種通訊技術,為系統提供了一個和第三方設備交換數據的實現方法。

    參考文獻:
    [1] SunyTech7.12軟件使用手冊 浙大中自集成控制股份有限公司
    [2] SunyTDCS9200集散控制系統硬件手冊 浙江浙大中自集成控制股份有限公司
    [3] OPC應用程序開發 OPC(中國)促進委員會編
    [4] Modbus Master Manu al[Z]. Siemens A&D公司

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