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霍尼韦尔DCS系统和西门子PLC系统之间的通信

供稿:中国工控网 2016/3/7 10:51:19

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  • 关键词: Modbus 通信数据传输 ARRAY点
  • 摘要:本文主要介绍了Honeywell公司TPS系统和西门子的S7-300PLC控制系统之间通信的原理及其具体实现方法,并组建了自己的网络.

1 前言

  近几年来,PLC 因其可靠性高、编程简单、抗干扰强等优点在工业控制领域得到了广泛应用。但PLC 在人机交互性能方面较弱,而工业控制计算机具有良好的人机界面及控制决策能力,因此,将二者结合起来可有效实现整个生产过程的综合控制。

为了在DCS和PLC之间实现双向数据传输,完成逻辑联锁控制,那么解决DCS和PLC之间的数据通信成为系统成败的重要因素。

2 通信协议

2.1 TPS系统协议

TPS系统支持两种技术协议,一种是Modicon公司的Modbus 协议,一种是Allen-Bradley(以下简称A-B)协议.使用A-B协议时设备端需配置支持AB公司全双工DF1协议接口。Modicon公司的Modbus协议可以在不同网络之间通信,支持的网路包括Modbus,Modbus+工业以太网,以及标准网路:WAP和以太网。网络间通过设备的内置端口或网络适配器等来相互访问。基于Modbus协议的各设备采用主从技术通信。网路中某一台机器作为主机发请求,其他及其机器作为从机做出应答,主机可以寻址个独立从机,也可以向所有从机广播,被寻址的从机向主机返回

消息,Modbus协议建立了主机发出查询请求的格式:包括从机地址,功能码,数据,校验;从机响应消息的格式为从机地址,功能码,数据,校验;如果发生错误;从机将返回一条出错消息。一般来说。通讯数量少且要以文本为主的通讯采用Modbus ASCII规约,通讯数量大且是二进制数值时则采用Modbus RTU模式通讯。消息中的每个字节包含两个十六进制数,本系统中Tps系统采用的是Modbus RTU规约,一条Modbus 网络中可以容纳16个节点,但只允许在一个主设备即DCS控制器.

2.2 Modbus 通信传输

有两种传输方式:一种是ASCⅡ模式:当控制器设为在Modbus网络上以ASCII美国标准信息交换代码)模式通信,在消息中的每个8Bit字节都作为两个ASCII字符发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误.

另一种是RTU模式:当控制器设为在Modbus网络上以RTU(远程终端单元)模式通信,在消息中的每个8Bit字节包含两个4Bit的十六进制字符。这种方式的主要优点是:在同样的波特率下,可比ASCII方式传送更多的数据。

2.3 TPS系统SI FTA

TPS系统SI卡的FTA有两种,Moudbus SI FTA的串行接口支持Moudbus的RTU协议,使用的通信

方式是ELA-232D或者EIA-422.485D,同时也支持PLC的多分支网络结构。SI与子系统进行直接的数据通讯,子系统的数据可被采集到APM和HPM中,这些数据可以直接用于数据采集或者用于控制策略中。

2.4 通信接口

标准的Modbus口是使用RS-232C兼容串行接口,它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。控制器能直接或经由Modem组网。TPS系统和西门子PLC系统都有开放的硬件接口和通信协议,具有良好的兼容性。TPS系统提供SI串行接口卡,带有1个RS一232接口和1个RS一485/422接口,现采用RS一485口。该串行口可接l5台子系统,通信距离可达1200m。西门子PLC系统提供通信卡CP341一RS422/485,可进行串行口数据的收发。

3 硬件方案的实施

3.1系统网络构建

由于在我公司使用的DCS系统中,以TPS的系统居多,在PLC方面以S7-300为例,所以本系统设计结构:2台GUS操作站互为备用;1台NIM负责GUS和过程控制器HPM通信;1台HM为历史模件。过程控制级由1套HPM及几套PLC组成。1个PLC主要负责1个包单元,HPM负责其它所有模拟数字点的检测和控制。TPS系统和西门子PLC系统由SI卡连接,通过RS一485口进行数据的发送和接收,这样主控就能更加准确的了解装置的运行情况,尤其是对包单元设备的了解。并能进行远程控制.在此由4个包单元,4个PLC为例,TPS系统安装在控制室,PLC系统则安装在现场. 如图1所示:

     

3.2 通信模件的连接

 

TPS SI(串行接口)模件和西门子PLC CP341一RS422/485(Modbus接口)模件之间的连接,如图2所示:

       

4 软件的实施和寻址

在TPS系统中,是通过ARRAY点来建立与外部

PLC通信和进行数据存取。

建立通信的主要参数如下:

SI FTA NUMBER:现场PLC串行接口的FTA号

(1,2):

SERIAL LINKDEVICE ADDRESS:现场PLC系

统的硬件地址;

START INDEX:根据Modbus设备的线圈地址所

决定的ARRAY点读写数据的第一个点的地址;

AUXDATA参数决定Modbus接口的一些特性;

AUXDATA1:保持地址(00001~09999)在激活状态;

AUXDATA2:信息反应时间(0.25~0.5s),可以保持其默认值;

AUXDATA3:通信方式(RS一232/RS一485);

AUXDATA4:波特路率及奇偶校验。

  S7-300的Modbus协议中寄存器地址被分配成不同的窗口,每个窗口可分配若干个点,具体分配由PLC编程决定,系统有专用的通讯模块,如有可读写模块FCO1、FC05、FC15,还有只读模块FC02等。这样就可以通过TPS中的START IN—DEX和PLC编程方提供的地址,将两者联系起来,建立良好的通信。按照上面分析对TPS进行相应的设置,则该系统中的TPS系统就可以和四个包单元的PLC进行通信的,对于PLC系统的开关同样可作出相应的设置:系统断电,重新启动,TPS系统的ARRAY点可与PLC中的相应地址进行读写操作.

5 结束语

采用以上方法,解决了TPS系统与西门子PLC的通信问题,并构建了一个系统网络.在此过程中要确保PLC和DCS的通讯速率一致,要保证通讯地址的有效性,确保硬件、软件可靠和稳定.这种DCS加PLC系统的控制结构为用户提供了一种经济可行的模式,既节约了资金又得到较好的控制效果。目前DCS应用相当广泛,但在一些场合,比如开关量较多、安全可靠性要求不是很高、信号比较集中等场合,DCS并不是最佳选择,这时候也可以考虑PLC和DCS相结合的方法.


参考文献

[1]邱远,基于Honeywell TPS系统的远程控制及串口通讯,2006.10

[2]周泽魁,控制仪表与计算机控制装置,化学工业出版社,2002.6


审核编辑(王静)
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