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                        關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線；通訊接口；多路溫度轉(zhuǎn)換器；接收單元；變送單元；本質(zhì)安全
    袁漢福(1953－)
（藍(lán)星石化有限公司天津石油化工廠，天津  300380），浙江寧波人，現(xiàn)任藍(lán)星石化有限公司天津石油化工廠副總工程師，從事煉油自動(dòng)化的設(shè)計(jì)、施工等工作。

 

1     引言

    現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)自70年代誕生至今，由于它在減少系統(tǒng)線纜，簡(jiǎn)化系統(tǒng)安裝、維護(hù)和管理， 降低系統(tǒng)的投資和運(yùn)行成本，增強(qiáng)系統(tǒng)性能等方面的優(yōu)越性，引起人們的廣泛注意，得到大 范圍的推廣，推動(dòng)了自動(dòng)控制領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。 現(xiàn)場(chǎng)總線的功能是：經(jīng)濟(jì)、安全、可靠地傳遞信息；正確使用所傳信息；及時(shí)處理所傳信息。經(jīng)濟(jì)性要求現(xiàn)場(chǎng)總線在傳遞信息的同時(shí)，解決現(xiàn)場(chǎng)裝置的供電問題，并要求傳輸介質(zhì)較廉價(jià)。安全性要求現(xiàn)場(chǎng)總線解決防爆問題。可靠性要求現(xiàn)場(chǎng)總線解決環(huán)境適應(yīng)性問題，包括電磁環(huán)境適應(yīng)性（傳輸時(shí)不要干擾別人，也不要被別人干擾）、氣候環(huán)境適應(yīng)性（要耐溫、防水、防塵）、機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性（要耐沖擊、耐振動(dòng)）。 

    2007年藍(lán)星石化公司天津石油化工廠重油催化裝置進(jìn)行設(shè)備改造，對(duì)接近300點(diǎn)的溫度指示信號(hào)采用多路溫度轉(zhuǎn)換器(MTL800)進(jìn)行采集，轉(zhuǎn)換成數(shù)字通訊信號(hào)傳給DCS系統(tǒng)，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溫度檢測(cè)點(diǎn)的分布，在裝置區(qū)設(shè)置了10個(gè)溫度采集箱，所有的溫度信號(hào)通過補(bǔ)償導(dǎo)線連接到采集箱，從采集箱通過通訊電纜連接到主控室的DCS系統(tǒng)。上述方案比較直接從現(xiàn)場(chǎng)使用補(bǔ)償導(dǎo)線連接到主控室的DCS中的常規(guī)施工方法要節(jié)省1/3的施工時(shí)間和1/2的費(fèi)用，其中可以節(jié)省大量的DCS的過程通道板卡和安全柵，節(jié)省大量的補(bǔ)償導(dǎo)線和輔料及其人工費(fèi)。系統(tǒng)投用后，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2     系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    多路溫度轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)組成由信號(hào)變送單元和接收單元組成，熱電偶的毫伏信號(hào)(或其它類型溫度信號(hào))進(jìn)入變送單元后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，變送單元的數(shù)字信號(hào)通過安全柵進(jìn)入到接收單元，現(xiàn)場(chǎng)變送單元與安全柵構(gòu)成本安回路，從而使得變送單元可以直接安裝在危險(xiǎn)區(qū)（0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)）。多路溫度轉(zhuǎn)換器的每個(gè)接收單元可以帶2個(gè)變送單元，變送單元安裝在現(xiàn)場(chǎng)的采集箱內(nèi), 每個(gè)變送單元最多可以采集16路溫度信號(hào)，其供電方式為回路供電，為確保系統(tǒng)可靠性，變送單元與接收單元之間的通訊，以及接收單元同DCS的通訊都采用冗余配制，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)， 數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)能夠無擾動(dòng)地自動(dòng)切換，并產(chǎn)生系統(tǒng)診斷報(bào)警，在切換時(shí)保證數(shù)據(jù)完整,多路溫度采集系統(tǒng)同DCS的通訊協(xié)議為 MODBUS-RTU。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1  多路溫度采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3     信號(hào)變送單元和接收單元設(shè)置

    3.1  變送單元地址的設(shè)置

    每個(gè)接收單元838B-MBF可以和兩個(gè)變送單元831B連接，因此必須對(duì)這兩個(gè)831的地址和信號(hào)輸入類型進(jìn)行定義。開關(guān)設(shè)置的方法是：打開831B的上蓋，找到兩個(gè)開關(guān)，SW100和SW101。SW100是用于定義地址，如01或02；SW101適用于定義輸入類型的，如熱電阻或熱電偶。831B在初始狀態(tài)是：地址為01，輸入類型為熱電偶。變送單元地址開關(guān)如圖2所示。
　    3.2   接收單元地址的設(shè)置

    3.2.1定義和上位機(jī)通訊的地址參數(shù)。

    打開838的上蓋，在838上一共有4個(gè)狀態(tài)開關(guān)，見表1。SW101用于設(shè)置838的MODBUS 地址，如當(dāng)?shù)刂肥?時(shí)，SW101 的設(shè)置狀態(tài)如下：

           1  2   3   4   5   6   7   8

    SW101 ON OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF
 
    表1   轉(zhuǎn)換單元地址開關(guān)狀態(tài)表：        3.2.2定義和上位機(jī)通訊的通訊參數(shù)

    SW301 是用于設(shè)置通訊狀態(tài)的，見表2 。

    如果通訊為：波特率9600，起始位1，停止為1，奇偶校驗(yàn)為none，SW301的設(shè)置狀態(tài)如下：
 
           1  2   3  4   5   6   7   8

    SW301 ON OFF ON OFF OFF OFF OFF OFF
 
    表2  轉(zhuǎn)換單元通訊參數(shù)狀態(tài)表：
3.3   用PC機(jī)上的RS232接口同838進(jìn)行通訊

    上述步驟完成后,在與DCS連接前,需要進(jìn)行簡(jiǎn)單組態(tài),首先將838上的MODE和COM端（4和5）用線短接后，將838的24VDC 斷電后再送電，這樣可以觸發(fā)接受單元的組態(tài)通訊口（RS232接口），在PC 機(jī)與接收單元建立通訊后，利用專用組態(tài)軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)類型、變送單元數(shù)量、開路報(bào)警狀態(tài)等進(jìn)行組態(tài)。當(dāng)組態(tài)完成后，將短接線拆掉并重新對(duì)838進(jìn)行電源開關(guān)復(fù)位，這樣轉(zhuǎn)換單元838才能同DCS進(jìn)行通訊。
通過上述步驟,可以完成對(duì)變送單元和轉(zhuǎn)換單元的組態(tài)設(shè)置。

    3.4   接收單元同DCS的通訊參數(shù)設(shè)置

    3.4.1參數(shù)設(shè)置

    波特率：9600Kbps；

    數(shù)據(jù)位：8；

    停止位：1；

    奇偶校驗(yàn)：非奇非偶校驗(yàn) (NONE）；

    節(jié)點(diǎn)地址：1—3、4—6、7—9；

    熱點(diǎn)偶類型：K、E。

    3.4.2 起始地址

    每個(gè)838傳送的地址從30015開始，每個(gè)通道的地址詳見表3。現(xiàn)場(chǎng)來的溫度值已由838擴(kuò)大了10倍，因此DCS在收到傳送的數(shù)據(jù)后需要除10進(jìn)行還原。　　

    表3  接收單元通道地址分配表：
4     DCS系統(tǒng)中程序說明

    整個(gè)系統(tǒng)共有9個(gè)接收單元，每3個(gè)接收單元為一組，每組中的3個(gè)接收單元的通訊接口進(jìn)行并聯(lián)后，接入DCS系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)中安裝3塊采集卡，分別是1、2、3#模塊，DCS中的每塊采集卡采集3個(gè)接收單元的數(shù)據(jù)，如圖3所示。DCS采集卡可帶不止3個(gè)接收單元，要根據(jù)生產(chǎn)裝置數(shù)據(jù)刷新時(shí)間要求和DCS系統(tǒng)掃描時(shí)間而定。

圖3  接收單元與DCS連接原理圖

    程序采用SCX語言編制，此語言類似C語言，主要程序如下:

int phase,error;
main()
{
 long j;
 int i, a[32];
 float  f;
sfloat sf,te[32];
setcomm(9600,0);  //波特率
setdelaytime(250);//設(shè)置延時(shí)等待時(shí)間, 當(dāng)?shù)却龝r(shí)間已到，卻未收完返回?cái)?shù)據(jù)，這條通訊命令就會(huì)退出等返回-1.
// 1#模塊讀取程序
     if (phase==0)   //設(shè)置讀取周期
     {  
     TAG("RETURN1")=readinputreg(1,14,32,a); //讀溫度，1個(gè)寄存器存放1個(gè)溫度，30014為起始寄存器的地址, 讀1號(hào)地址的智能設(shè)備中，14號(hào)輸入開始的32個(gè)輸入的狀態(tài)，其狀態(tài)值存放在事先定義的sfloat數(shù)組中。
     setdelaytime(250);
                    if(_TAG("RETURN1")==0 )   //通訊成功
{
for(i = 0;i < 32;i= i+1)      //讀取模塊中的32個(gè)寄存器
    {
 f = itof(a[i]);
 f=f*0.1;             //縮小10倍,還原被接收單元放大的數(shù)據(jù).
 f = f * 0.001;           // 實(shí)際溫度量程（0～1000℃）
 te[i] = ftosf(f);        // 溫度用sfloat位號(hào)組態(tài)
 _TAG("TI-105-01")[i]=te[i]; //將模塊寄存器中數(shù)據(jù)依次存放于組態(tài)位號(hào)中，組態(tài)位號(hào)次序由自定義變量序號(hào)決定.
 }
}
}
if (phase==1) //為防止數(shù)據(jù)丟失，連續(xù)讀取第2個(gè)周期，與第一周期讀取設(shè)置相同。
{  
  _TAG("RETURN1")=readinputreg(1,14,32,a);
  setdelaytime(250);
  if(_TAG("RETURN1")==0 )
{
for(i = 0;i < 32;i= i+1)
  {
  f = itof(a[i]);
  f=f*0.1;                //縮小10倍,還原被接收單元放大的數(shù)據(jù).
  f = f * 0.001;         // 實(shí)際溫度量程（0～300℃）
  te[i] = ftosf(f);
  _TAG("TI-105-01")[i]=te[i];
}
}
}
//2#模塊讀取程序，功能同1#模塊
//3#模塊讀取程序，功能同1#模塊
 phase=phase+1;//主控卡運(yùn)行周期+1，讀取周期+1
 if  (phase<0 OR phase>5)//限定讀取周期，每2個(gè)周期讀取1個(gè)模塊，讀取完3#模塊后周期清零重新從1#模塊開始讀取，保證數(shù)據(jù)的刷新。
 {
   phase=0;
 }
 }          

5     結(jié)論

    多路溫度轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用，核心技術(shù)是解決與DCS的通訊問題。所以采用標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議(如MODBUS-RTU協(xié)議)可以實(shí)現(xiàn)與各廠家的DCS系統(tǒng)進(jìn)行通訊。每家的產(chǎn)品都具有不同的技術(shù)特點(diǎn)，其設(shè)置方法和調(diào)試要求也不盡相同，要針對(duì)通訊技術(shù)的要求，選擇正確的運(yùn)算方法，進(jìn)行程序編制。但采用一個(gè)多測(cè)量點(diǎn)、寬量程的智能溫度測(cè)量應(yīng)用系統(tǒng)，其應(yīng)當(dāng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、量程寬、有較高的可靠性、安全性及實(shí)用性。上述問題的解決方法具有普遍使用意義，可以供大家參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)：

    ［1］ 沙占友. 智能化集成溫度傳感器原理與應(yīng)用［M］. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002 .

    ［2］ 王常力，羅安主編．集散型控制系統(tǒng)的選型與應(yīng)用[M]．北京：清華大學(xué)出版社，1996．

圖2  變送單元地址開關(guān)圖