系統(tǒng)間通訊中橋的使用

摘要：    本文描述了系統(tǒng)間不能直接通訊進行數(shù)據(jù)交換時，采用稱之為橋的中間載體而實現(xiàn)通訊進行數(shù)據(jù)交換的方法。

關鍵詞：    TS3000；PLC；DCS；通訊；橋

引言

隨著網(wǎng)絡通訊技術的快速發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)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(tǒng)間幾乎不進行任何數(shù)據(jù)交換，每套系統(tǒng)都各自控制自己的設備。九十年代后，由于計算機技術、網(wǎng)絡通訊技術及通訊協(xié)議的逐步標準化，工業(yè)控制系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換也漸漸地發(fā)展起來。現(xiàn)在工業(yè)控制系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換已成為大型工業(yè)設備控制中關鍵的一個環(huán)節(jié)。在一套大型工業(yè)設備的控制中，根據(jù)各設備生產(chǎn)工藝的不同，要求采用不同的控制手段進行控制，以實現(xiàn)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(tǒng)間數(shù)據(jù)的交換就成為必然，然而有時需要進行通訊交換數(shù)據(jù)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)議的硬件或驅動軟件，從而造成控制設備間無法進行通訊。此時采用橋，即中間載體，就可實現(xiàn)各控制設備間的通訊，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的目的。

撫順石油二廠150萬噸/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(tǒng)進行改造，機組控制及ESD緊急停車系統(tǒng)采用美國TRICONEX公司的TS3000三重化冗余系統(tǒng)、其他設備的控制仍采用日本橫河公司的CENTUM集散控制系統(tǒng)。在出廠驗收測試(FAT)時發(fā)現(xiàn)，TS3000系統(tǒng)無法與前期上馬的CENTUM集散控制系統(tǒng)進行通訊，原因在于合同簽定及購貨時均未發(fā)現(xiàn)缺少了CENTUM系統(tǒng)中所需要的TS3000系統(tǒng)的通訊驅動程序。此時離生產(chǎn)日期已經(jīng)很近，沒有再采購的時間。如果因此而延誤開車時間，將給工廠造成巨大的經(jīng)濟損失。經(jīng)TRICONEX公司北京工程中心與撫順石油二廠緊急磋商后，決定采用日本三菱公司的A系列PLC作為TS3000系統(tǒng)與CENTUM系統(tǒng)間通訊的橋，從而實現(xiàn)兩套系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。本文就是論述這一方案是如何實現(xiàn)的。

硬件實現(xiàn)

TS3000系統(tǒng)采用4119EICM型智能通訊卡，它有五個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，可進行RS232/RS422/RS485通訊；4號接口也是串行通訊接口，專用于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(tǒng)采用ACM11通訊卡，可進行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(tǒng)和CENTUM系統(tǒng)都作為主站。首先TS3000系統(tǒng)通過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(shù)據(jù)寫入三菱PLC中，然后CENTUM系統(tǒng)通過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(shù)據(jù)。結構圖示于圖1。

圖1  系統(tǒng)結構
 
TS3000系統(tǒng)的EICM卡與CENTUM系統(tǒng)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。因此通訊線需要25針到9針的轉換。EICM卡與A1SJ71UC24-R2-S2卡之間通訊線的接法見圖2；A1SJ71UC24-R2卡與ACM11卡之間通訊線的接法見圖3。

圖 2  EICM卡與A1SJ71UC24-R2-S2卡之間通訊線的接法

圖3   ACM11卡與A1SJ71UC24-R2卡之間通訊線的接法

軟件的實現(xiàn)

在工業(yè)控制系統(tǒng)領域中，系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的交換都是利用數(shù)據(jù)的地址實現(xiàn)。各系統(tǒng)數(shù)據(jù)地址的定義雖不盡相同，但多數(shù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)地址都是按照MODBUS通訊協(xié)議定義，因此多數(shù)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的交換不存在問題。

TS3000系統(tǒng)將數(shù)字信號寫入三菱PLC中的組態(tài)方案如圖4。

圖4  Triconex 的TS3000系統(tǒng)通訊組態(tài)方案 

TS3000系統(tǒng)中數(shù)字信號的地址與三菱PLC中數(shù)字信號的地址對應關系如下：
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)時卻出現(xiàn)了意想不到的情況。TS3000系統(tǒng)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(tǒng)無法將模擬信號寫入三菱PLC中。如上所述，數(shù)字信號能夠寫入PLC中，于是在TS1131組態(tài)軟件中將一個模擬信號的16位二進制碼分解成16個數(shù)字信號，然后用將數(shù)字信號寫入PLC的方法將分解得到的16個數(shù)字信號寫入到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個數(shù)字信號合成一個十進制數(shù)，這樣在三菱PLC中就恢復了這個模擬信號，于是TS3000系統(tǒng)與三菱PLC之間的模擬信號的傳輸問題就得到了徹底的解決。

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

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

TS3000系統(tǒng)將信號寫入三菱PLC后，數(shù)字信號就存在于相應的地址，模擬信號也以數(shù)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，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個數(shù)字信號再合成模擬信號。PLC的組態(tài)軟件語言為梯形邏輯圖，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(shù)字信號存放在中間繼電器M中，模擬信號存放在數(shù)據(jù)寄存器D。CENTUM系統(tǒng)只要從相應的中間繼電器M及數(shù)據(jù)寄存器D中將數(shù)字信號和模擬信號分別讀取出來，那么TS3000系統(tǒng)與CENTUM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換就完全實現(xiàn)了。

結語

當兩套控制系統(tǒng)之間通訊不能實現(xiàn)時，利用兩套控制系統(tǒng)都能夠交換數(shù)據(jù)的第三設備作為橋，從而實現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)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