郜保國   田驥飛

    目前，由大慶油田自動(dòng)化儀表公司負責集成的大慶紅壓聯(lián)合站自動(dòng)控制系統順利投運。該系統由OPTO 22 SNAP系統、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在此系統處于核心地位，它除了要直接參與現場(chǎng)控制之外，還承擔著(zhù)將其他幾部分從現場(chǎng)采集到的數據傳輸到上位機上顯示，并對它們下達控制指令的任務(wù)。在這套控制系統里，充分體現出了OPTO 22系統的強大的通訊能力和與IT緊密結合的特點(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到90萬(wàn)方，生產(chǎn)輕烴200余噸。根據該裝置自動(dòng)化監控系統的設計要求，由于相關(guān)的PLC設備分布廣泛，監控功能要求自動(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)控制系統以OPTO 22公司 SNAP I/O系統作為骨干框架，結合其先進(jìn)易用的應用開(kāi)發(fā)組態(tài)軟件包Factory Floor Suit 4.0c，在32位的WINDOWS操作平臺上，開(kāi)發(fā)出既能很簡(jiǎn)便完成系統各種監控功能，又具有使用靈活的人機界面的監控系統應用軟件，監控裝置區各工藝點(diǎn)的溫度、壓力、差壓、調節閥等。裝置內壓縮機、膨脹機、丙烷制冷機、ESD等與OPTO 22 SNAP I/O系統通過(guò)通訊進(jìn)行數據交換，由于機組自帶的PLC出自多個(gè)廠(chǎng)家，通訊標準不同，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，順利完成了多個(gè)系統間的通信問(wèn)題，使系統具有可靠性高、兼容性強、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，并且為項目節省了投資。

2  通訊系統的要求

(1)具備實(shí)時(shí)數據傳輸通訊功能，將生產(chǎn)數據實(shí)時(shí)傳輸到OPTO 22 SNAP I/O系統。
(2)完善的安全監控功能。OPTO 22 SNAP I/O系統接收到機組通訊傳出的報警信號，能夠及時(shí)記錄并執行相應現場(chǎng)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(shí)現，便于維護、擴充和升級。

3  技術(shù)實(shí)現

    該項目由壓縮機控制子系統、膨脹機控制子系統、丙烷機控制子系統、ESD緊急停車(chē)子系統和OPTO 22 SNAP I/O控制系統（ME系統）五部分組成。其中前四個(gè)系統只是進(jìn)行局部的單位控制，與OPTO 22 SNAP I/O控制系統之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò )通訊實(shí)現數據交換。OPTO 22 SNAP I/O系統（ME系統）在整個(gè)系統中處于全局控制和監視的至關(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內存帶電池后備，2MB快閃可讀寫(xiě)內存，四個(gè)串行接口，一個(gè)固定的RS-485，三個(gè)可分別獨立設定為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。

    在現場(chǎng)應用中，首先分析ESD系統。它是紅壓深冷裝置安全保證的基礎，采用S7-400 PLC實(shí)現，自身設計成主站工作，無(wú)上位機顯示設備，監控完全在OPTO 22 SNAP I/O中實(shí)現。LCM4控制器的COMO-COM3通訊端口可以根據需要設置成232或485方式，根據現場(chǎng)的多次通訊實(shí)驗，通訊采用標準MODBUS方式實(shí)現不了。主要原因是ESD系統采用的是主站方式，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(shí)現。經(jīng)過(guò)對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(xiàn)方式連接到與其標準兼容的LCM4控制器的COM3上，通過(guò)編制數據交換程序，設定起始碼、奇偶校驗、每個(gè)數組的位數、傳輸波特率等。調試過(guò)程中，DCS接收到了ESD發(fā)送的數據，但穩定性差，在線(xiàn)程序中看到有時(shí)出現空棧錯誤，程序運行至通訊時(shí)邏輯不正常，經(jīng)過(guò)反復分析及多次實(shí)驗，在程序中加了數據同步處理，至此與ESD通訊完全正常，實(shí)現了DCS與ESD的通訊。

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

    在實(shí)現上述兩個(gè)機組通訊的基礎上，利用積累的經(jīng)驗，掌握了各機組的特點(diǎn)，實(shí)現了DCS與全部機組通訊。

4  系統結構及配置方案

    在本系統配置中，采用先進(jìn)且成熟可靠的OPTO 22 SNAP I/O系統，這是一個(gè)應用串行通訊多次重發(fā)技術(shù)的三層分布式網(wǎng)絡(luò )。系統由自控中心的監控主機PC和4臺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，部分系統結構示意圖如圖1所示。

圖1  系統結構示意圖

    最上一層是由PC組成，使用Ethernet網(wǎng)絡(luò )連接，作為監控系統的人機界面，動(dòng)態(tài)顯示各種設備運轉的實(shí)時(shí)狀態(tài)，顯示和記錄設備的異常和故障報警，設定設備的自動(dòng)運行時(shí)間和條件，操作者可切換系統設備按自動(dòng)或手動(dòng)的方式運行。另外，如用戶(hù)有所要求，可把監控主機設立為WEB SERVER，所有的監控圖畫(huà)轉換為WEB PAGE，用戶(hù)可在局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)上，使用標準的網(wǎng)頁(yè)瀏覽器Internet Explorer，對系統實(shí)行監視操作和控制。

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

    第三層是由多臺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(cháng)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)設備附近，使連接的信號線(xiàn)減到最少，大大減少了信號傳輸過(guò)程中受到干擾的機會(huì )。I/O單元直接獲取設備的工作狀態(tài)和報警信號、設備的檢測信號數值，同時(shí)可自動(dòng)或手動(dòng)控制設備的運轉，對有關(guān)的PID運算控制回路進(jìn)行本地的運算和調節，大大加強了系統的實(shí)時(shí)控制及快捷反應能力。

5  結語(yǔ)

    現場(chǎng)運行證明OPTO 22 SNAP I/O系統與多機組PLC之間的通訊是穩定和便捷的，實(shí)時(shí)性好，可靠性高。OPTO 22 SANP I/O系統靈活、多變、通訊功能強大及其廣泛適應性的特點(diǎn)得到了充分體現。