系統間通訊中橋的使用

摘要：    本文描述了系統間不能直接通訊進(jìn)行數據交換時(shí)，采用稱(chēng)之為橋的中間載體而實(shí)現通訊進(jìn)行數據交換的方法。

關(guān)鍵詞：    TS3000；PLC；DCS；通訊；橋

引言

隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)控制系統間的通訊也在迅猛的發(fā)展。在上世紀八十年代以前，工業(yè)控制系統間幾乎不進(jìn)行任何數據交換，每套系統都各自控制自己的設備。九十年代后，由于計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)及通訊協(xié)議的逐步標準化，工業(yè)控制系統間的數據交換也漸漸地發(fā)展起來(lái)?，F在工業(yè)控制系統間的數據交換已成為大型工業(yè)設備控制中關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節。在一套大型工業(yè)設備的控制中，根據各設備生產(chǎn)工藝的不同，要求采用不同的控制手段進(jìn)行控制，以實(shí)現控制的優(yōu)化，達到提高生產(chǎn)效率、保證生產(chǎn)安全、降低生產(chǎn)成本、減少投資的目的。這樣控制系統間數據的交換就成為必然，然而有時(shí)需要進(jìn)行通訊交換數據的各控制設備的通訊協(xié)議不一致，或者缺少同一通訊協(xié)議的硬件或驅動(dòng)軟件，從而造成控制設備間無(wú)法進(jìn)行通訊。此時(shí)采用橋，即中間載體，就可實(shí)現各控制設備間的通訊，從而實(shí)現數據交換的目的。

撫順石油二廠(chǎng)150萬(wàn)噸/年重油催化裂化裝置于2000年6月建成投產(chǎn)，2001年6月對催化機組控制系統進(jìn)行改造，機組控制及ESD緊急停車(chē)系統采用美國TRICONEX公司的TS3000三重化冗余系統、其他設備的控制仍采用日本橫河公司的CENTUM集散控制系統。在出廠(chǎng)驗收測試(FAT)時(shí)發(fā)現，TS3000系統無(wú)法與前期上馬的CENTUM集散控制系統進(jìn)行通訊，原因在于合同簽定及購貨時(shí)均未發(fā)現缺少了CENTUM系統中所需要的TS3000系統的通訊驅動(dòng)程序。此時(shí)離生產(chǎn)日期已經(jīng)很近，沒(méi)有再采購的時(shí)間。如果因此而延誤開(kāi)車(chē)時(shí)間，將給工廠(chǎng)造成巨大的經(jīng)濟損失。經(jīng)TRICONEX公司北京工程中心與撫順石油二廠(chǎng)緊急磋商后，決定采用日本三菱公司的A系列PLC作為T(mén)S3000系統與CENTUM系統間通訊的橋，從而實(shí)現兩套系統之間的數據交換。本文就是論述這一方案是如何實(shí)現的。

硬件實(shí)現

TS3000系統采用4119EICM型智能通訊卡，它有五個(gè)25針D型通訊接口，分別為1、2、3、4、5。1、2、3號接口為MODBUS串行通訊接口，可進(jìn)行RS232/RS422/RS485通訊；4號接口也是串行通訊接口，專(zhuān)用于TS3000組態(tài)軟件TS1131于控制器間的通訊；5號接口是并行通訊接口，用于連接打印機。
三菱公司的A系列PLC由一塊四槽底板、一塊電源卡、一塊CPU卡(A2AS)、一塊MODBUS通訊卡(A1SJ71UC24-R2-S2)及一塊RS232(A1SJ71UC24-R2)通訊卡構成。

CENTUM系統采用ACM11通訊卡，可進(jìn)行RS232串行通訊。

由于三菱A系列PLC在串行通訊中不能作為主站使用，只能作為從站，因此TS3000系統和CENTUM系統都作為主站。首先TS3000系統通過(guò)4119EICM型智能通訊卡與三菱PLC的MODBUS通訊卡(A1SJ71UC24-R2-S2)、以MODBUS MASTER SLAVE通訊協(xié)議將數據寫(xiě)入三菱PLC中，然后CENTUM系統通過(guò)ACM11通訊卡與三菱PLC的RS232(A1SJ71UC24-R2)通訊卡、以MODBUS通訊協(xié)議再從三菱PLC中讀取數據。結構圖示于圖1。

圖1  系統結構
 
TS3000系統的EICM卡與CENTUM系統的ACM11的通訊接口都是25針D型，而三菱PLC的通訊卡A1SJ71UC24-R2-S2和A1SJ71UC24-R2的接口卻是9針D型。因此通訊線(xiàn)需要25針到9針的轉換。EICM卡與A1SJ71UC24-R2-S2卡之間通訊線(xiàn)的接法見(jiàn)圖2；A1SJ71UC24-R2卡與ACM11卡之間通訊線(xiàn)的接法見(jiàn)圖3。

圖 2  EICM卡與A1SJ71UC24-R2-S2卡之間通訊線(xiàn)的接法

圖3   ACM11卡與A1SJ71UC24-R2卡之間通訊線(xiàn)的接法

軟件的實(shí)現

在工業(yè)控制系統領(lǐng)域中，系統間數據的交換都是利用數據的地址實(shí)現。各系統數據地址的定義雖不盡相同，但多數系統的數據地址都是按照MODBUS通訊協(xié)議定義，因此多數系統間數據的交換不存在問(wèn)題。

TS3000系統將數字信號寫(xiě)入三菱PLC中的組態(tài)方案如圖4。

圖4  Triconex 的TS3000系統通訊組態(tài)方案 

TS3000系統中數字信號的地址與三菱PLC中數字信號的地址對應關(guān)系如下：
02001  ------  M0
02002  ------  M1
02003  ------  M2
        ------------------
03000  ------  M999
03001  ------  L0
03002  ------  M1001
03003  ------  M1002
  ------------------
03998  ------  M1997
03999  ------  M1998
04000  ------  M1999       
      
當給模擬信號組態(tài)時(shí)卻出現了意想不到的情況。TS3000系統將模擬信號的地址定義為4xxxx，而三菱A系列PLC卻將模擬信號的地址定義為3 xxxx。因此TS3000系統無(wú)法將模擬信號寫(xiě)入三菱PLC中。如上所述，數字信號能夠寫(xiě)入PLC中，于是在TS1131組態(tài)軟件中將一個(gè)模擬信號的16位二進(jìn)制碼分解成16個(gè)數字信號，然后用將數字信號寫(xiě)入PLC的方法將分解得到的16個(gè)數字信號寫(xiě)入到PLC中。在三菱A系列PLC中，用PLC組態(tài)軟件的梯形邏輯圖將這16個(gè)數字信號合成一個(gè)十進(jìn)制數，這樣在三菱PLC中就恢復了這個(gè)模擬信號，于是TS3000系統與三菱PLC之間的模擬信號的傳輸問(wèn)題就得到了徹底的解決。

TS3000系統將模擬信號寫(xiě)入三菱PLC中的組態(tài)方案如圖5。

圖5  Triconex 的TS3000系統將模擬信號寫(xiě)入三菱PLC中的組態(tài)方案

TS3000系統將信號寫(xiě)入三菱PLC后，數字信號就存在于相應的地址，模擬信號也以數字信號的形式存在于相應的地址中，所以PLC雖然是從站，但也要完成一項任務(wù)，既恢復模擬信號——將在TS1131組態(tài)軟件中將模擬信號分解成的16個(gè)數字信號再合成模擬信號。PLC的組態(tài)軟件語(yǔ)言為梯形邏輯圖，其組態(tài)方法如圖6。

圖6  三菱PLC恢復模擬信號的梯形邏輯圖
 
這樣在三菱PLC中，數字信號存放在中間繼電器M中，模擬信號存放在數據寄存器D。CENTUM系統只要從相應的中間繼電器M及數據寄存器D中將數字信號和模擬信號分別讀取出來(lái)，那么TS3000系統與CENTUM系統的數據交換就完全實(shí)現了。

結語(yǔ)

當兩套控制系統之間通訊不能實(shí)現時(shí)，利用兩套控制系統都能夠交換數據的第三設備作為橋，從而實(shí)現系統間的數據交換不失為一種很好的解決方案。

參考文獻：
1.  TRICONEX TS3000編程組態(tài)手冊
2.  三菱A系列PLC編程組態(tài)手冊
3.  InTouch組態(tài)手冊