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摘要：本文主要介紹了遠程I/O系統的組成、調試方法及主要技術特點。Abstracts: This paper introduces the remote I/O system configuration, commissioning and main technology feature.

關鍵字：數據總線、通訊、組態、程序
Key words: data bus, communication, configuration, program

1 引言

    2007年藍星石化公司天津石油化工廠重油催化裝置進行設備改造，對接近100臺機泵的運行指示信號采用 MTL8000 Process I/O進行采集，轉換成數字通訊信號傳給DCS系統，對裝置的安全運行提供了監控手段。在重油催化裝置變電室安裝遠程I/O采集箱，通過數據總線與DCS系統進行通訊。

    由于變電室與主控室之間有1000米的距離，上述方案比較直接從現場使用導線連接到主控室的DCS中的常規施工方法要節省1/3的施工時間和1/2的費用，其中可以節省大量的DCS的過程通道板卡和安全柵，節省大量的補償導線和輔料及其人工費。系統投用后，達到設計要求。

2 系統組成和特點

    2.1系統組成

    見附圖一  （系統框圖）

    MTL8000遠程I/O系統包括：總線接口模件（BIM），I/O模件。總線接口模件（BIM）提供了高性能、冗余通信，它所支持的通訊協議有Modbus-RTU或Profibus-DP。MTL8000遠程I/O 的卡件采用底板式安裝，I/O卡件和現場接線端子可以十分方便地安裝在底板上，所有卡件可以在危險場所在線更換。整個系統最多可以連接32個I/O卡件，每個卡件分別有8通道或16通道。為了保證系統供電的可靠性，系統可采用冗余的24VDC 供電。

    2.2 系統特點

    MTL8000遠程I/O系統包含有不同I/O類型（普通模塊、本質安全模塊），并提供了廣泛的通訊協議（Modbus-RTU，Profibus-DP、以太網），在大型I/O系統中，可以將多個I/O節點連接使用。

    2.2.1 通訊

    采用標準的現場總線與主機系統進行通訊。選用不同的Process I/O總線接口模塊（BIM）可以實現不同的現場總線標準。通過調換不同的BIM，就可以實現不同的總線通訊協議，而不用調整其他部分的配置。通過I/O卡件可以直接將HART信號傳送到上位系統。

    可以選擇支持智能現場儀表連接的模擬量I/O通道，每個通道輸入/輸出4/20mA電流，同時還支持HART協議，可以獲得HART設備的四個主要變量和儀表狀態信息。控制器通過Modbus和Profibus的連接可以獲得這些信息，控制系統可通過組態利用這些重要數據來改善過程控制的質量。

    2.2.2過程環境

    可工作在-40到+70 oC環境溫度范圍 ，抗腐蝕能力符合G3 ISA SP71.04標準，符合EN60068標準的抗震性能。

    2.2.3防爆等級

    MTL8000 I/O可以現場安裝，卡件連接來自裝置中的各種信號。根據需要采用隔爆和本安兩種防爆技術，可以采用一般應用區域（非危險區域）、2區或1區。

    2.2.4 I/O負載能力

    信號類型可以是標準的4/20mA模擬量、溫度以及數字量信號，信號源可位于一般應用區域或危險區域。對于模擬量回路，MTL8000具有16bit的轉換精度提高過程控制的質量，每個I/O節點可以提供從1到432個I/O點（典型系統）可升級規模的系統。每個點可以通過組態選擇濾波功能。

    2.2.5系統自診斷

    通常與DCS聯合集成診斷功能，發送的診斷信息包括LAN通訊狀態、電源以及I/O模塊，甚至及具體到每一個通道的診斷信息。可對熱電偶斷路及RTD故障進行上行至最大和下行至最小的組態選擇。監視DCS或PLC系統主機的“看門狗”信號，當出現通訊故障時，MTL8000可將模擬量和數字量輸出設定在預先定義的級別上，在有效供電的情況下將保持這一狀態。
    在系統其他部分帶電正常工作的情況下，能夠檢測出插槽上安裝的錯誤的模塊并允許在線更換。 

    雙冗余LAN和電源具有極低的平均修理時間從而確保了停車時間被控制在最低的水平上。 

    2.2.7系統安裝和維護

    全模塊化的設計使得現場安裝和維護簡單易行，同時由于不存在錯誤安裝的可能性，使得裝置的安全性得到了保證。緊湊的設計確保了最小的占地空間，這一點在改造系統中顯得尤為重要。 

    系統的模塊化還體現在I/O模塊與現場端子單元和底板的分離，這種結構使得在現場損壞的端子可以被單獨更換，從而保護了用于I/O電器設備的投資。這種模塊化設計還確保了I/O 模塊和端子可以在線更換而不用切斷系統總線和電源。

    允許所有的儀表回路進行在線的維護并且在不斷電和通訊丟失的情況下允許所有的I/O模塊在線更換，甚至在危險區域。如此低的MMTR確保了極高的系統可應用性和最小的產品浪費。

    2.2.8系統響應時間

    通過三種掃描優先級別對系統速度進行優化，如允許高優先級和控制回路采用高的掃描速率，而溫度和檢測回路采用低的掃描速率。采用掃描優化器對系統進行設置可以方便地實現系統速度的優化。

    由于上述特性，即使在大規模節點情況之下，對系統的響應時間優于100mS。

3 技術要求

    3.1運行要求

    催化裝置的機泵運行有一些特殊要求,為保證裝置的安全運行,在機泵的配置上實現二重化或三重化,二重化配置可以實現一用一備或全部使用,三重化配置可以實現二用一備.這樣在運行機泵發生故障時可以及時進行切換,但二重化配置不允許全部停運,三重化配置不允許有二臺機泵同時停運.

    3.2 引線要求

    每臺機泵只引入一對接點。

    3.3 邏輯要求

    以三重化配置為例說明:（見附圖 二  邏輯運算圖）

    K1為1號泵狀態，運行時為ON，停止時為OFF；

    K2為2號泵狀態，運行時為ON，停止時為OFF；

    K3為3號泵狀態，運行時為ON，停止時為OFF；
 

    使用以上邏輯控制，K1、K2、 K3中如果兩個泵狀態為OFF，三個或運算中肯定有一個為OFF。

    或運算后的三個量進行與運算，只要有一個為OFF，與運算即為OFF，在進行取反運算。輸出變成ON狀態，顯示報警。

    二重化配置機泵的監控邏輯比較簡單,K1和K2 進行”或”運算,輸出為OFF時,既為二臺機泵全部停運, 在進行取反運算。輸出變成ON狀態，顯示報警。

4 MTL8000組態

    總線標準采用Modbus-RTU通訊協議，通過冗余的RS485接口（LANA ，LANB）同上位機進行通訊。通訊的參數，如波特率、奇偶校驗和卡件類型都可以通過軟件組態設定。組態可以通過本地組態或遠程組態完成，通過通訊卡上的RS232 接口可以進行本地組態；通過一個RS485 接口可以從控制室進行遠程組態。

    4.1 接收單元同DCS的通訊參數設置

    波特率：9600

    數據位：8

    停止位：1

    奇偶校驗：非奇非偶校驗 (NONE）

    節點地址：1——3、4——6、7——9

    4.2組態可以有本地和遠程兩種方式進行

    見附圖三 本地組態連接方式

    見附圖四 遠程組態連接方式

    MTL8000 組態軟件安裝到PC 機上后，可以通過MTL8455軟件進行組態，完成通訊卡和I/O 卡的相關參數配置。
      
5 DCS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; //定義一個長整型變量
 int i, a[49]; //定義一個整型變量和一個整型變量數組
 int  f;
 int te[49];
 setcomm(9600,0);//使用波特率為9600，無校驗2位。
 setdelaytime(250);  //讀取數據延時250毫秒。

//1#
   if (phase==0)
   {  
    _TAG("RETURN31")=readinputreg(1,0,49,a); //讀取儀表地址為1，數據地址為0開始的49個數據，并將數據存放在數組中，將讀取數據的質量碼賦值給"RETURN31"。
 setdelaytime(250); //讀取數據延時250毫秒，保證不丟失數據包。
        
        if(_TAG("RETURN31")==0 ) //如果返回的質量碼為0，則開始賦值。
   {
    _TAG("S101")=a[0]; //將數組中的第一個整型數賦值給101。
    _TAG("S102")=a[8]; //將數組中的第9個整型數賦值給S102。
   _TAG("S103")=a[16]; //將數組中的第17個整型數賦值給S103。
   _TAG("S104")=a[24]; //將數組中的第25個整型數賦值給S104。
   _TAG("S105")=a[32]; //將數組中的第33個整型數賦值給S105。
  _TAG("S106")=a[40]; //將數組中的第41個整型數賦值給S106。
  _TAG("S107")=a[48]; //將數組中的第49個整型數賦值給S107。  
     }
  }
  phase=phase+1; //運行周期加1。
 if  (phase<0 OR phase>0)
 {
   phase=0;
 }
}
 

    將讀取的整型數據S101轉換成無符號整型數據

    將轉換成無符號整型數據S0101進行取值運算，將S0101第一位狀態送給B-101-1，將S0101第二位狀態送給B-101-2。。。。。。 

    如上圖，泵運行時狀態為ON，停止狀態為OFF。BLS207為報警投入切除按鈕，當BLS207為OFF時ALMB207一直為OFF，不產生報警；當BLS207為ON時，如果B-207-1、B-207-2全部為OFF時產生報警ALMB207直為ON。
其余報警與次相同。

6、結論

    1 MTL8000 Process I/O是一種可以有效滿足過程工業需求的可現場安裝的I/O平臺，不僅能滿足一般應用的需要，而且還能夠滿足危險場合應用的需要。具有高度的信號轉換精度和提供完善的系統診斷信息功能，夠滿足生產過程的苛刻要求。在一條通訊總線上可以傳輸大量的I/O信號，從而替代了傳統的的電纜連線，由于I/O節點位于現場，從系統設計、安裝到投用的周期可以大大縮短，同時也大量節省了控制室內的空間。低電平信號可以直接連接到節點的端子上而不再需要進行轉換，從這一點上也能節省大量的費用。完善的診斷和現場維護功能為系統提供了很高的可用性，從而提高生產裝置的可靠性和安全性。

    2 每臺機泵通過一個接點實現對其運行狀態的監控，方法便捷、簡單、使用，可以節省大量的設備、材料、人工。 
 
7、參考文獻：

    1分布式I/O系統解決方案及其應用  作者：汪仁智

8、作者情況：

    袁漢福   副總工程師，藍星石化有限公司天津石油化工廠，從事煉油自動化的設計、施工等工作。