大慶油田多系統(tǒng)通信技術(shù)的實現(xiàn)
―――OPTO22 SNAP I/O與各種PLC之間同時通訊的應(yīng)用
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(dá)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(shè)計要求，由于相關(guān)的 PLC設(shè)備分布廣泛,，監(jiān)控功能要求自動化程度高,，而且有關(guān)的信息要迅速獲取及處理，并要易于管理,。因此自動控制系統(tǒng)以O(shè)PTO 22公司 SNAP I/O系統(tǒng)作為骨干框架,，結(jié)合其極其先進(jìn)易用的應(yīng)用開發(fā)組態(tài)軟件包Factory Floor Suit 4.0c,，在 32位的WINDOWS操作系統(tǒng)平臺上，開發(fā)出既能很簡便完成系統(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(yīng)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、電磁閥等,。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OPTO22 SNAP I/O系統(tǒng)通過通訊進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)不同,，技術(shù)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OPTO22 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PTO22 SNAP I/O系統(tǒng),。
2) 完善的安全監(jiān)控功能。OPTO22 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(yīng)現(xiàn)場控制流程,。
3) 支持多通訊協(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(hù)、擴(kuò)充和升級,；
3,、技術(shù)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(jìn)行局部的單體控制，與OPTO22 SNAP I/O控制系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)通訊實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,。OPTO22 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(guān)重要的地位。
在本項目中我們使用OPTO22 SNAP I/O控制系統(tǒng)的 OPTO22 SNAP LCM4做為主控制器,，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(shè)定為RS-232/485,。我們利用控制器自帶的串行接口進(jìn)行編程實現(xiàn),。
在現(xiàn)場應(yīng)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(chǔ),，它采用SIEMENS S7-400 可編程序控制器實現(xiàn)，自身設(shè)計成主站工作,，無上位機顯示設(shè)備,，監(jiān)視完全在OPTO22 SNAP I/O中實現(xiàn)。OPTO22 SNAP I/O控制系統(tǒng)中的LCM4控制器的COM0---COM3 通訊端口可以根據(jù)需要設(shè)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(biāo)準(zhǔn)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,，實現(xiàn)不可能,。經(jīng)過對ESD PLC的進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)兼容的LCM4控制器的 COM3上,。通過編制數(shù)據(jù)交換程序,，設(shè)定起始碼、奇偶效驗,、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(fù)分析及多次試驗,，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)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(yīng)程序，在程序編制完成后,，通過下裝,、運行，不斷調(diào)試,，最終順利的進(jìn)行了連接,。 在實現(xiàn)上述兩個機組通訊實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，利用積累的經(jīng)驗,，根據(jù)機組各自的特點,，實現(xiàn)了DCS與全部機組的通訊。
二,、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置方案
在本系統(tǒng)中,，采用OPTO 22的先進(jìn)且成熟可靠的OPTO22 SNAP I/O系統(tǒng)，這是一個應(yīng)用串行通訊多次重發(fā)技術(shù)的三層分布式網(wǎng)絡(luò),。 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OPTO22 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(guān)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，請參閱以下的圖示,。
在如圖所示的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,，最上一層是由PC 組成，使用ETHERNET 網(wǎng)絡(luò)連接,，作為監(jiān)控系統(tǒng)的人機界面,，動態(tài)顯示各種設(shè)備運轉(zhuǎn)的實時狀態(tài)，顯示和記錄設(shè)備的異常和故障報警,，設(shè)定設(shè)備的自動運行時間及條件,，操作者可切換系統(tǒng)設(shè)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(shè)立為Web Sever,，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(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)頁瀏覽器Internet Explorer,，對系統(tǒng)實行監(jiān)視甚至進(jìn)行操作控制。
第二層由四臺OPTO 22 控制器OPTO22 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(luò)（C-Net）,。其中兩臺控制器與現(xiàn)場I/O相聯(lián)，另外每臺控制器與現(xiàn)場PLC相聯(lián),。
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(guān)控制器之間由RS-485,組成I/O網(wǎng)絡(luò)(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,。這樣就可以把I/O單元和I/O模塊分散安置在各相關(guān)設(shè)備附近，使連接的信號線減到最少,，大大減少信號傳輸過程中受到干擾的機會。I/O單元直接獲取設(shè)備的工作狀態(tài)和報警信號,，設(shè)備的檢測信號數(shù)值,，同時可自動或手動控制設(shè)備的運轉(zhuǎn)，對有關(guān)的PID運算控制回路,，進(jìn)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(yīng)能力。
結(jié)束語
通過實踐證明OPTO22 OPTO22 SNAP I/O 系統(tǒng)與多機組PLC間通訊是穩(wěn)定的和便捷的,， 實時性好,，可靠性也高。體現(xiàn)了OPTO22 OPTO22 SNAP I/O 系統(tǒng)靈活,、多變,、通訊功能強大的特點。