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郜保國(guó)   田驥飛

    目前，由大慶油田自動(dòng)化儀表公司負(fù)責(zé)集成的大慶紅壓聯(lián)合站自動(dòng)控制系統(tǒng)順利投運(yùn)。該系統(tǒng)由OPTO 22 SNAP系統(tǒng)、西門(mén)子CP341、GE 90-70、AB PLC、FRICK（約克）PLC幾大部分組成。其中OPTO 22 SNAP在此系統(tǒng)處于核心地位，它除了要直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制之外，還承擔(dān)著將其他幾部分從現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)上顯示，并對(duì)它們下達(dá)控制指令的任務(wù)。在這套控制系統(tǒng)里，充分體現(xiàn)出了OPTO 22系統(tǒng)的強(qiáng)大的通訊能力和與IT緊密結(jié)合的特點(diǎn)。

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)該裝置自動(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)閥等。裝置內(nèi)壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、丙烷制冷機(jī)、ESD等與OPTO 22 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出自多個(gè)廠家，通訊標(biāo)準(zhǔn)不同，技術(shù)難度較大。

    筆者通過(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，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)絆PTO 22 SNAP I/O系統(tǒng)。
(2)完善的安全監(jiān)控功能。OPTO 22 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)支持多通信協(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)

    該項(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(chē)子系統(tǒng)和OPTO 22 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)行局部的單位控制，與OPTO 22 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。OPTO 22 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)目中筆者使用OPTO 22 SNAP I/O控制系統(tǒng)的OPTO 22 SNAP LCM4作為主控制器，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(xiě)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。筆者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，首先分析ESD系統(tǒng)。它是紅壓深冷裝置安全保證的基礎(chǔ)，采用S7-400 PLC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)控完全在OPTO 22 SNAP I/O中實(shí)現(xiàn)。LCM4控制器的COMO-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，不可能實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)對(duì)ESD、PLC的進(jìn)一步分析，筆者決定采用自由口通訊方式把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、奇偶校驗(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)分析及多次實(shí)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ESD的通訊。

    在與壓縮機(jī)系統(tǒng)PLC（GE 90-70）通訊時(shí)，筆者采用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，最終順利進(jìn)行了連接。

    在實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)機(jī)組通訊的基礎(chǔ)上，利用積累的經(jīng)驗(yàn)，掌握了各機(jī)組的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了DCS與全部機(jī)組通訊。

4  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置方案

    在本系統(tǒng)配置中，采用先進(jìn)且成熟可靠的OPTO 22 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)。系統(tǒng)由自控中心的監(jiān)控主機(jī)PC和4臺(tái)OPTO 22的主控制器OPTO 22 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，部分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

    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)間和條件，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 SERVER，所有的監(jiān)控圖畫(huà)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)視操作和控制。

    第二層由4臺(tái)OPTO 22控制器 OPTO 22 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相連，另外每臺(tái)控制器與現(xiàn)場(chǎng)PLC相連。

    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1 000m，加通訊重發(fā)器可延長(zhǎng)分布距離。這樣可以把I/O單元和I/O模塊分散安置在相關(guān)設(shè)備附近，使連接的信號(hào)線減到最少，大大減少了信號(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。

5  結(jié)語(yǔ)

    現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行證明OPTO 22 SNAP I/O系統(tǒng)與多機(jī)組PLC之間的通訊是穩(wěn)定和便捷的，實(shí)時(shí)性好，可靠性高。OPTO 22 SANP I/O系統(tǒng)靈活、多變、通訊功能強(qiáng)大及其廣泛適應(yīng)性的特點(diǎn)得到了充分體現(xiàn)。