多系统通信技术研究
2004/1/9 13:14:00
1、 概述
大庆油田天然气红压深冷装置是天然气分公司最大的气处理装置，每天处理天然气量
达到90万方，生产轻烃200余吨。根据天然气深冷分离装置自动化监控系统的设计要求，
由于相关的PLC设备分布广泛，监控功能要求自动化程度高，而且有关的信息要迅速获取及处理，并要易与管理。因此自动控制系统以OPTO 22公司 SNAP I/O系统作为骨干框架，结合其极其先进易用的应用开发组态软件包Factory Floor Suit 4.0c,在32位的WINDOWS操作平台上，开发出既能很简单便完成系统各种监控功能，又具有使用灵活的人机界面的天然气深冷分离装置自动化监控系统应用软件，监控装置区各工艺点的温度、压力、差压、调节阀等。装置内压缩机、膨胀机、丙烷制冷机、ESD紧急停车系统等与OPTO 22 SNAP I/O系统通过通讯进行数据交换，由于机组自带的PLC系统出自多个厂家，通讯标准不同，技术难度较大。
我们通过不断摸索、实践，在较短时间内，顺利完成了多个系统间的通信问题，使系统具有可靠性高、兼容性强、操作简便等优点，并且为项目节省了投资。
2、 通讯系统的要求
1） 具备实时数据传输通讯功能，利用OPTO 22 产品的强大的通讯优势，将生产数据实时传输到OPTO 22 SNAP I/O系统。
2） 完善的安全监控功能。OPTO 22 SNAP I/O 系统接收到机组通讯传出的报警信号，能够及时记录并执行相应现场控制流程。
3） 支持多通信协议。
4） 良好的中文人机界面。
5） 采用工业组态软件实现，便于维护、扩充和升级。
3、 技术实现
红压深冷装置项目由压缩机控制子系统、膨胀机控制子系统、丙烷机控制子系统、ESD
紧急停车子系统和OPTO 22公司OPTO22 SNAP I/O控制系统（ME系统）五部分组成。其中前四个系统只是进行局部的单位控制，与OPTO 22 SNAP I/O控制系统之间通过网络通讯实现数据交换。OPTO 22 SNAP I/O系统（ME系统）在整个系统中处于全局控制和监视的至关重要的地位。
在本项目中我们使用OPTO 22 SNAP I/O控制系统的OPTO 22 SNAP LCM4作为主控制器，该控制器CPU采用32位Motorola 68EC030处理器，4MB内存带电池后备，2MB快闪可读写内存，四个串行接口，一个固定的RS—485，三个可分别独立设定为RS—232/485。我们利用控制器自带的串行接口进行编程实现。
在现场应用中，首先我们分析ESD系统。ESD紧急停车系统是红压深冷装置安全保证的基础，它采用SIEMENS S7—400可编程序控制器实现，自身设计成主站工作，无上位机显示设备，监控完全在OPTO 22 SNAP I/O中实现。OPTO 22 SNAP I/O控制系统中的LCM4控制器的COMO－－－－COM3通讯端口可以根据需要设置成232或485方式，根据现场的多次通讯实验，通讯采用标准MODBUS方式实现不了。主要原因是ESD系统采用的是主站方式，若改为从站通讯方式需更换所有ESD 软、硬件。费用太高，不可能实现。经过对ESD、PLC的进一步分析，我们决定采用自由口通讯方式把SIEMENS S7－－-400通讯端口用485接线方式连接到与其标准兼容的LCM4控制器的COM3上。，通过编制数据交换程序，设定起始码，奇偶校验、每个数组的位数、传输波特率等。调试过程中，DCS 接收到了ESD 发送的数据，但稳定性差，在线（ONLINE）程序中看到有时出现空栈错误，程序运行至通讯时逻辑不正常，经过反复分析及多次实验，在程序中加了数据同步处理，至此与ESD通讯完全正常，实现了DCS与紧急停车系统（ESD）的通讯。
在与压缩机系统PLC通讯时，压缩机系统采用GE公司的90—70，我们采用MODBUS RTU方式编制相应程序，在程序编制完成后，通过下装、运行，不断调试，最终顺利进行了连接。
在实现上述两个机组通讯的基础上，利用积累的经验，掌握了各机组的特点，实现了DCS与全部机组通讯。
二、系统结构及配置方案
在本系统配置中，采用OPTO 22 先进且成熟可靠的OPTO 22 SNAP I/O系统，这是一个应用串行通讯多次重发技术的三层分布式网络。本系统由自控中心的监控主机PC 和四台OPTO 22的主控制器OPTO 22 SNAP—LCM4以及7个可分布安装放置的前端智能I/O单元B3000组成，有关的系统结构示意图，请参阅以下的图示。
大庆油田天然气红压深冷装置是天然气分公司最大的气处理装置，每天处理天然气量
达到90万方，生产轻烃200余吨。根据天然气深冷分离装置自动化监控系统的设计要求，
由于相关的PLC设备分布广泛，监控功能要求自动化程度高，而且有关的信息要迅速获取及处理，并要易与管理。因此自动控制系统以OPTO 22公司 SNAP I/O系统作为骨干框架，结合其极其先进易用的应用开发组态软件包Factory Floor Suit 4.0c,在32位的WINDOWS操作平台上，开发出既能很简单便完成系统各种监控功能，又具有使用灵活的人机界面的天然气深冷分离装置自动化监控系统应用软件，监控装置区各工艺点的温度、压力、差压、调节阀等。装置内压缩机、膨胀机、丙烷制冷机、ESD紧急停车系统等与OPTO 22 SNAP I/O系统通过通讯进行数据交换，由于机组自带的PLC系统出自多个厂家，通讯标准不同，技术难度较大。
我们通过不断摸索、实践，在较短时间内，顺利完成了多个系统间的通信问题，使系统具有可靠性高、兼容性强、操作简便等优点，并且为项目节省了投资。
2、 通讯系统的要求
1） 具备实时数据传输通讯功能，利用OPTO 22 产品的强大的通讯优势，将生产数据实时传输到OPTO 22 SNAP I/O系统。
2） 完善的安全监控功能。OPTO 22 SNAP I/O 系统接收到机组通讯传出的报警信号，能够及时记录并执行相应现场控制流程。
3） 支持多通信协议。
4） 良好的中文人机界面。
5） 采用工业组态软件实现，便于维护、扩充和升级。
3、 技术实现
红压深冷装置项目由压缩机控制子系统、膨胀机控制子系统、丙烷机控制子系统、ESD
紧急停车子系统和OPTO 22公司OPTO22 SNAP I/O控制系统（ME系统）五部分组成。其中前四个系统只是进行局部的单位控制，与OPTO 22 SNAP I/O控制系统之间通过网络通讯实现数据交换。OPTO 22 SNAP I/O系统（ME系统）在整个系统中处于全局控制和监视的至关重要的地位。
在本项目中我们使用OPTO 22 SNAP I/O控制系统的OPTO 22 SNAP LCM4作为主控制器，该控制器CPU采用32位Motorola 68EC030处理器，4MB内存带电池后备，2MB快闪可读写内存，四个串行接口，一个固定的RS—485，三个可分别独立设定为RS—232/485。我们利用控制器自带的串行接口进行编程实现。
在现场应用中，首先我们分析ESD系统。ESD紧急停车系统是红压深冷装置安全保证的基础，它采用SIEMENS S7—400可编程序控制器实现，自身设计成主站工作，无上位机显示设备，监控完全在OPTO 22 SNAP I/O中实现。OPTO 22 SNAP I/O控制系统中的LCM4控制器的COMO－－－－COM3通讯端口可以根据需要设置成232或485方式，根据现场的多次通讯实验，通讯采用标准MODBUS方式实现不了。主要原因是ESD系统采用的是主站方式，若改为从站通讯方式需更换所有ESD 软、硬件。费用太高，不可能实现。经过对ESD、PLC的进一步分析，我们决定采用自由口通讯方式把SIEMENS S7－－-400通讯端口用485接线方式连接到与其标准兼容的LCM4控制器的COM3上。，通过编制数据交换程序，设定起始码，奇偶校验、每个数组的位数、传输波特率等。调试过程中，DCS 接收到了ESD 发送的数据，但稳定性差，在线（ONLINE）程序中看到有时出现空栈错误，程序运行至通讯时逻辑不正常，经过反复分析及多次实验，在程序中加了数据同步处理，至此与ESD通讯完全正常，实现了DCS与紧急停车系统（ESD）的通讯。
在与压缩机系统PLC通讯时，压缩机系统采用GE公司的90—70，我们采用MODBUS RTU方式编制相应程序，在程序编制完成后，通过下装、运行，不断调试，最终顺利进行了连接。
在实现上述两个机组通讯的基础上，利用积累的经验，掌握了各机组的特点，实现了DCS与全部机组通讯。
二、系统结构及配置方案
在本系统配置中，采用OPTO 22 先进且成熟可靠的OPTO 22 SNAP I/O系统，这是一个应用串行通讯多次重发技术的三层分布式网络。本系统由自控中心的监控主机PC 和四台OPTO 22的主控制器OPTO 22 SNAP—LCM4以及7个可分布安装放置的前端智能I/O单元B3000组成，有关的系统结构示意图，请参阅以下的图示。
（结构图示）
如图所示的三层网络结构中，最上一层是由PC 组成，使用ETHERNET网络连接，作为监控系统的人机界面，动态显示各种设备运转的实时状态，显示和记录设备的异常和故障报警，设定设备的自动运行时间和条件，操作者可切换系统设备按自动或手动的方式运行。另外，如用户有所要求，可把监控主机设立为WEB SERVER，所有的监控图画转换为WEB PAGE ，用户可在局域网和互联网上，使用标准的网页浏览器Internet Explorer，对系统实行监视操作和控制。
第二层由四台OPTO 22控制器 OPTO 22 SNAP－－-LCM4组成，各控制器与监控主机之间采用以太网通讯方式，组成监控网络（C－－NET）。其中两台控制器与现场I/O相连，另外每台控制器于现场PLC相连。
第三层是由多台PLC及7个I/O智能单元B3000组成。I/O单元之间及相关控制器之间由RS—485组成I/O网络（I/O－－NET），I/O单元的距离是1000M，加通讯重发器可延长分布距离。这样可以把I/O单元和I/O模块分散安置在相关设备附近，使连接的信号线减到最少，大大减少了信号传输过程中受到干扰的机会。I/O单元直接获取设备的工作状态和报警信号、设备的检测信号数值，同时可自动或手动控制设备的运转，对有关的PID运算控制回路进行本地的运算和调节，大大加强了系统的实时控制及快捷反应能力。
结束语
通过实践证明OPTO 22 SNAP I/O系统与多机组PLC之间的通讯是稳定和便捷的，实时性好，可靠性高。体现了OPTO 22 SANP I/O系统灵活、多变、通讯功能强大及其广泛适应性的特点。
作者简介
郜保国 男，1967年1月生人。1991年毕业于上海机械学院 现工作于大庆油田自动化仪表有限公司，工程师，现任工程公司副经理。联系电话：0459—5105428
田骥飞 男 1974年生人。北京奥普图科技有限公司，技术经理，工程师。
联系电话：010—64830920－－16
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选择OPTO 22公司
SNAP PAC系统的
六大理由
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1 简单易操作
SNAP PAC系统由四个部分统一整合而成：软件、控制器、智能处理器和I/O。系统建立、调试程序，以及故障维护都更简便，大大减少了系统开发及投入运行的时间。
2 更低的长期成本
SNAP PAC系统的成本低于许多PLC系统，并且由于软件是免费的，您不需要投入高昂的费用，便可投入使用该系统。我们为您提供免费的培训以及技术支持，因此对于设备的整个使用期来测试，系统成本会大幅降低。
3 适用于多类自动应用的SNAP PAC系统
SNAP PAC系统功能强大。一套系统，便可用于多个自动化项目中，帮助您完成过程控制、离散自动化、能耗管理、数据采集，甚至远程集中监控。
分布式智能，帮助您随时随地方便地添加I/O。拥有了有线/无线控制器及I/O，您就可根据实际所需，将有线网络转换到无线网络，或者立即实现两个网络的通讯。
灵活的硬件让您无需浪费更多的投资，节省了金钱及时间。
4 高级编程工具
SNAP PAC系统的编程方式采用直观的流程图，也可运用更高级的脚本语言，或者结合两者一起使用。这两种方法所包括的指令，用于标准的过程控制以及离散自动化的功能块、浮点型数字、串行处理、排列、子程序、指针变量等，其他的高级工具用于复杂的应用。
5 连接到第三方软件及设备
SNAP PAC控制器及智能处理器，支持OPC、Modbus/TCP、EtherNet/IP。可简易地将数据导入到SQL数据库系统，并直接从硬件发送邮件。该系统也可以简单地使用Modbus、DNP、BACnet、CAN或任意基于串口的设备、仪器，进行通讯。
6 业界最好的I/O
凭借着业内最佳的保障：多数SNAP I/O模块终身保用。每个模块出厂前都经过独立测试，而不是抽样测试。SNAP PAC系统可以配置从几个I/O点到数千个I/O点。您可按需，根据信号类型，选择高可靠性的模拟量、数字量、串口模块。电压、电流、交流、直流、热电偶、RTD、电源检测器、RS-232、RS-485、Profibus、运动控制、应变测试等等，都可与SNAP PAC系统一同连接。
关于SNAP PAC系统
SNAP PAC系统是Opto 22公司出品，软硬件集成的系统，用于工业控制、远程监控、数据采集等应用。简化了对自动化系统了解、选择和采购的复杂过程，SNAP PAC系统由以下四部分组成：
PAC Project 软件套件－－－－简单易用的基于流程图的编程方式、HMI（人机界面）、可选的OPC客户端以及数据库连接软件。
SNAP PAC控制器－－－－独立式和基于机架式的工业控制器；有线/无线模块可选。
SNAP PAC智能处理器－－－－智能I/O处理器，用于分布式控制。也可选择有线/无线模块。
SNAP I/O－－－－模拟量、数字量、串口量、特殊功能I/O模块，可与现场设备、仪器、传感器相连接。所有I/O模块可交替与标准的以及有线/无线智能处理器一同工作。
这四个简单，又具有很大灵活性的系统组成部件，可处理任何情况，从最基本的设备监控到完整的工厂自动化。
通讯网络及协议
SNAP PAC系统自带Ethernet网络协议，因此您无需担心成本，以及额外添加网络通讯卡的麻烦。系统中的分布式I/O可运行在以太网或串行网络，也可同时运行于两个网络。另外，您可以与大量的串行设备通讯，例如条形码阅读器、RFID阅读器、串口显示器、modem等。
由于SNAP PAC系统运行于标准的Ethernet网络，可直接与计算机、基于Ethernet的设备相互通讯，使用标准的协议包括TCP/IP、UDP/IP、邮件传输协议SMTP、网络管理协议SNMP、Modbus/TCP、及用于Allen-Bradley PLC系统的EtherNet/IP等。
关于OPTO 22
Opto 22公司研发并制造应用于工业自动化、能耗管理、远程监控、数据采集的软硬件设备。Opto 22的产品是标准化的，用于商业网络及计算机技术中，以简单易用、创新、高品质、高可靠性而闻名世界。Opto 22的输入/输出以及控制系统，允许客户从所有的设备、电子仪器仪表监测、控制、采集数据，这些都是项目运行的关键。Opto 22产品适用于自动化终端用户、OEM，信息技术及操作人员已经为全球10,000套设备安装了该产品。公司始建与1974年，总部位于美国加州的Temecula。Opto 22的产品通过全球网络的分销商及系统集成商出售。预知更多信息，请联系Opto 22上海代表处，电话：021-58358249，邮箱：optochina@opto22.com。网址：www.opto22.com.cn。
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