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郜保國   田驥飛

    目前，由大慶油田自動化儀表公司負責集成的大慶紅壓聯(lián)合站自動控制系統(tǒng)順利投運。該系統(tǒng)由OPTO 22 SNAP系統(tǒng)、西門子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)場控制之外，還承擔著將其他幾部分從現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C上顯示，并對它們下達控制指令的任務。在這套控制系統(tǒng)里，充分體現(xiàn)出了OPTO 22系統(tǒng)的強大的通訊能力和與IT緊密結(jié)合的特點。

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到90萬方，生產(chǎn)輕烴200余噸。根據(jù)該裝置自動化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計要求，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)合其先進易用的應用開發(fā)組態(tài)軟件包Factory Floor Suit 4.0c，在32位的WINDOWS操作平臺上，開發(fā)出既能很簡便完成系統(tǒng)各種監(jiān)控功能，又具有使用靈活的人機界面的監(jiān)控系統(tǒng)應用軟件，監(jiān)控裝置區(qū)各工藝點的溫度、壓力、差壓、調(diào)節(jié)閥等。裝置內(nèi)壓縮機、膨脹機、丙烷制冷機、ESD等與OPTO 22 SNAP I/O系統(tǒng)通過通訊進行數(shù)據(jù)交換，由于機組自帶的PLC出自多個廠家，通訊標準不同，技術(shù)難度較大。

    筆者通過不斷摸索、實踐，在較短時間內(nèi)，順利完成了多個系統(tǒng)間的通信問題，使系統(tǒng)具有可靠性高、兼容性強、操作簡便等優(yōu)點，并且為項目節(jié)省了投資。

2  通訊系統(tǒng)的要求

(1)具備實時數(shù)據(jù)傳輸通訊功能，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時傳輸?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)接收到機組通訊傳出的報警信號，能夠及時記錄并執(zhí)行相應現(xiàn)場控制流程。
(3)支持多通信協(xié)議。
(4)良好的中文人機界面。
(5)采用工業(yè)組態(tài)軟件實現(xiàn)，便于維護、擴充和升級。

3  技術(shù)實現(xiàn)

    該項目由壓縮機控制子系統(tǒng)、膨脹機控制子系統(tǒng)、丙烷機控制子系統(tǒng)、ESD緊急停車子系統(tǒng)和OPTO 22 SNAP I/O控制系統(tǒng)（ME系統(tǒng)）五部分組成。其中前四個系統(tǒng)只是進行局部的單位控制，與OPTO 22 SNAP I/O控制系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡通訊實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。OPTO 22 SNAP I/O系統(tǒng)（ME系統(tǒng)）在整個系統(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快閃可讀寫內(nèi)存，四個串行接口，一個固定的RS-485，三個可分別獨立設(shè)定為RS-232/485。筆者利用控制器自帶的串行接口進行編程實現(xiàn)。

    在現(xiàn)場應用中，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實現(xiàn)，自身設(shè)計成主站工作，無上位機顯示設(shè)備，監(jiān)控完全在OPTO 22 SNAP I/O中實現(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)場的多次通訊實驗，通訊采用標準MODBUS方式實現(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。費用太高，不可能實現(xiàn)。經(jīng)過對ESD、PLC的進一步分析，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準兼容的LCM4控制器的COM3上，通過編制數(shù)據(jù)交換程序，設(shè)定起始碼、奇偶校驗、每個數(shù)組的位數(shù)、傳輸波特率等。調(diào)試過程中，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出現(xiàn)空棧錯誤，程序運行至通訊時邏輯不正常，經(jīng)過反復分析及多次實驗，在程序中加了數(shù)據(jù)同步處理，至此與ESD通訊完全正常，實現(xiàn)了DCS與ESD的通訊。

    在與壓縮機系統(tǒng)PLC（GE 90-70）通訊時，筆者采用MODBUS RTU方式編制相應程序，在程序編制完成后，通過下裝、運行，不斷調(diào)試，最終順利進行了連接。

    在實現(xiàn)上述兩個機組通訊的基礎(chǔ)上，利用積累的經(jīng)驗，掌握了各機組的特點，實現(xiàn)了DCS與全部機組通訊。

4  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置方案

    在本系統(tǒng)配置中，采用先進且成熟可靠的OPTO 22 SNAP I/O系統(tǒng)，這是一個應用串行通訊多次重發(fā)技術(shù)的三層分布式網(wǎng)絡。系統(tǒng)由自控中心的監(jiān)控主機PC和4臺OPTO 22的主控制器OPTO 22 SNAP-LCM4以及7個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)絡連接，作為監(jiān)控系統(tǒng)的人機界面，動態(tài)顯示各種設(shè)備運轉(zhuǎn)的實時狀態(tài)，顯示和記錄設(shè)備的異常和故障報警，設(shè)定設(shè)備的自動運行時間和條件，操作者可切換系統(tǒng)設(shè)備按自動或手動的方式運行。另外，如用戶有所要求，可把監(jiān)控主機設(shè)立為WEB SERVER，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，使用標準的網(wǎng)頁瀏覽器Internet Explorer，對系統(tǒng)實行監(jiān)視操作和控制。

    第二層由4臺OPTO 22控制器 OPTO 22 SNAP-LCM4組成，各控制器與監(jiān)控主機之間采用以太網(wǎng)通訊方式，組成監(jiān)控網(wǎng)絡（C-NET）。其中兩臺控制器與現(xiàn)場I/O相連，另外每臺控制器與現(xiàn)場PLC相連。

    第三層是由多臺PLC及7個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（I/O-NET），I/O單元的距離是1 000m，加通訊重發(fā)器可延長分布距離。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，使連接的信號線減到最少，大大減少了信號傳輸過程中受到干擾的機會。I/O單元直接獲取設(shè)備的工作狀態(tài)和報警信號、設(shè)備的檢測信號數(shù)值，同時可自動或手動控制設(shè)備的運轉(zhuǎn)，對有關(guān)的PID運算控制回路進行本地的運算和調(diào)節(jié)，大大加強了系統(tǒng)的實時控制及快捷反應能力。

5  結(jié)語

    現(xiàn)場運行證明OPTO 22 SNAP I/O系統(tǒng)與多機組PLC之間的通訊是穩(wěn)定和便捷的，實時性好，可靠性高。OPTO 22 SANP I/O系統(tǒng)靈活、多變、通訊功能強大及其廣泛適應性的特點得到了充分體現(xiàn)。