大慶油田多系統(tǒng)通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)
―――OPTO22 SNAP I/O與各種PLC之間同時(shí)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(wàn)方，生產(chǎn)輕烴200 余噸。 根據(jù)天然氣深冷分離裝置自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)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(kāi)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(tái)上，開(kāi)發(fā)出既能很簡(jiǎn)便完成系統(tǒng)各種監(jiān)控功能，又具有使用靈活的人機(jī)界面的天然氣深冷分離裝置自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件，監(jiān)控裝置區(qū)各工藝點(diǎn)的溫度、壓力、差壓、調(diào)節(jié)閥、電磁閥等。裝置內(nèi)壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、丙烷制冷機(jī)、ESD緊急停車系統(tǒng)等與OPTO22 SNAP I/O系統(tǒng)通過(guò)通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，由于機(jī)組自帶的PLC系統(tǒng)出自多個(gè)廠家，通訊標(biāo)準(zhǔn)不同，技術(shù)難度較大。
    我們通過(guò)不斷摸索、實(shí)踐，在較短時(shí)間內(nèi)，順利完成了多個(gè)系統(tǒng)間的通信問(wèn)題，使系統(tǒng)具有可靠性高、
兼容性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，并且為項(xiàng)目節(jié)省了投資。
    2、通訊系統(tǒng)的要求
    1) 具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸通訊功能，利用OPTO22 產(chǎn)品的強(qiáng)大的通訊優(yōu)勢(shì)，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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(jī)組通訊傳出的報(bào)警信號(hào)，能夠及時(shí)記錄并執(zhí)行相應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)控制流程。
    3) 支持多通訊協(xié)議；
    4) 良好的中文人機(jī)界面；
    5) 采用工業(yè)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)，便于維護(hù)、擴(kuò)充和升級(jí)；
    3、技術(shù)實(shí)現(xiàn)
    紅壓深冷裝置項(xiàng)目由壓縮機(jī)控制子系統(tǒng)、膨脹機(jī)控制子系統(tǒng)、丙烷機(jī)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(gè)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(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。OPTO22 SNAP I/O系統(tǒng)(ME系統(tǒng))在整個(gè)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(xiàng)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(gè)串行接口，一個(gè)固定的RS-485，三個(gè)可分別獨(dú)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(shí)現(xiàn)。

     在現(xiàn)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)，自身設(shè)計(jì)成主站工作，無(wú)上位機(jī)顯示設(shè)備，監(jiān)視完全在OPTO22 SNAP I/O中實(shí)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(chǎng)的多次通訊實(shí)驗(yàn)，通訊采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS 方式實(shí)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(fèi)用太高，實(shí)現(xiàn)不可能。經(jīng)過(guò)對(duì)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(guò)編制數(shù)據(jù)交換程序，設(shè)定起始碼、奇偶效驗(yàn)、每個(gè)數(shù)組的位數(shù)、傳輸波特率等。調(diào)試過(guò)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(shí)出現(xiàn)空棧錯(cuò)誤，程序運(yùn)行至通訊時(shí)邏輯不正常，經(jīng)過(guò)反復(fù)分析及多次試驗(yàn)，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(shí)現(xiàn)了DCS與緊急停車系統(tǒng)的通訊。
    在與壓縮機(jī)系統(tǒng)PLC通訊時(shí)，壓縮機(jī)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(guò)下裝、運(yùn)行，不斷調(diào)試，最終順利的進(jìn)行了連接。 在實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)機(jī)組通訊實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，利用積累的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)機(jī)組各自的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了DCS與全部機(jī)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(gè)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(jī)PC和四臺(tái)OPTO 22的主控制器OPTO22 SNAP-LCM4 以及7個(gè)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(qǐng)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(jī)界面，動(dòng)態(tài)顯示各種設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，顯示和記錄設(shè)備的異常和故障報(bào)警，設(shè)定設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行時(shí)間及條件，操作者可切換系統(tǒng)設(shè)備按自動(dòng)或手動(dòng)的方式運(yùn)行。另外如用戶有所要求，可把監(jiān)控主機(jī)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(yè)瀏覽器Internet Explorer，對(duì)系統(tǒng)實(shí)行監(jiān)視甚至進(jìn)行操作控制。
    第二層由四臺(tái)OPTO 22 控制器OPTO22 SNAP-LCM4 組成，各控制器與監(jiān)控主機(jī)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(tái)控制器與現(xiàn)場(chǎng)I/O相聯(lián)，另外每臺(tái)控制器與現(xiàn)場(chǎng)PLC相聯(lián)。
    第三層是由多臺(tái)PLC及 7個(gè)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(zhǎng)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(hào)線減到最少，大大減少信號(hào)傳輸過(guò)程中受到干擾的機(jī)會(huì)。I/O單元直接獲取設(shè)備的工作狀態(tài)和報(bào)警信號(hào)，設(shè)備的檢測(cè)信號(hào)數(shù)值，同時(shí)可自動(dòng)或手動(dòng)控制設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)有關(guān)的PID運(yùn)算控制回路，進(jìn)行本地的運(yùn)算和調(diào)節(jié)，大大加強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制及快捷反應(yīng)能力。 

    結(jié)束語(yǔ)
    通過(guò)實(shí)踐證明OPTO22 OPTO22 SNAP I/O 系統(tǒng)與多機(jī)組PLC間通訊是穩(wěn)定的和便捷的， 實(shí)時(shí)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(qiáng)大的特點(diǎn)。