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陈 凯，王坤坤，樊 帆
（湖北大峪口化工有限责任公司，湖北荆门 431910）
湖北大峪口化工二期液氨罐区装置的DCS（Distributed Control System，集散控制系统）是CS3000 系统。该装置使用5 台氨冰机，2 台为16 型、3 台为40 型，每套设备配备1 套施耐德PLC对其进行控制。工艺操作人员必须定时到现场操控该设备，记录相关参数。通过横河DCS 系统与施耐德PLC 之间进行Modbus 通信，实现在DCS 控制室对5 台氨冰机的参数监控。减轻工艺人员劳动强度，实现数据实时显示、自动记录、历史查询等功能。
项目中采用Modbus RTU 485 两线制方式通信，DCS 为主设备，PLC 为从设备。由于横河ALR121 卡件有两个Modbus 接口，2 台16 型氨冰机并联1 个Modbus 接口，3 台40 型氨冰机并联另1 个Modbus 接口。RS-485 多机通信接线方式如图1 所示。
图1 RS-485 多机通信接线方式
2.1 主设备的硬件配置
CS3000 系统使用的是ALR121 通信卡，ALR121 通信卡是CS3000 系统中用来与子系统建立串口通信的专用卡件，支持Modbus 协议。
2.2 从设备的硬件配置
从设备为施耐德MICRO 系列TSX 3721 型PLC 系统，PLC扩展一个TSXSCP114 通信卡，其物理接口为RS-485，支持Modbus 协议、UNI-TELWAY 协议或字符串通信。
2.3 通信连接
由于DCS 机柜与PLC 控制柜之间有备用电缆，为避免重新敷设电缆，节省费用，通信电缆采用的是KVVP 2×1.5 mm2备用电缆。将ALR121 的RX+、RX-端子与TSXSCP114 通信卡11、12 端子连接，DCS 机柜与PLC 控制柜之间接线如图2 所示。
图2 DCS 机柜与PLC控制柜间接线
2.4 硬件测试
为了确保双方通信硬件正常，使用ModScan32 测试软件通过电脑串口对ALR121 通信卡和TSXSCP114 通信卡的连接进行测试。如果测试正常，在后期故障查找时可以排除双方卡件的硬件故障，缩小故障查找的范围。
3.1 ALR121 组态
首先，进入CS3000 组态管理软件添加ALR121 卡件。右键单击，选择属性对话框。定义part1 和part2 的波特率、数据位、停止位、响应时间等参数。设置要与对应端口连接的PLC 一致。
然后，双击添加的ALR121 卡件，在弹出“COMMUNICATION I/O BUILDER”窗口进行通信参数的组态。组态主要依据PLC 厂家提供的通信地址表。
BUFFER AREA（缓冲区）：ALR121 所存储的中数据大小。可以把5 套PLC 数据放在一个缓冲区里，也可以分别对每套PLC 数据建立单独的缓冲区。
PROGRAM NAME（程序名）：Modbus 通信模块的安装位置，格式为：K1-节点号-插槽号Modbus。
SIZE（数据长度）：所选数据类型的数据长度，以“WORD（2 byte）”为单位进行分配，范围：1～126。
PORT（端口号）：Modbus 有2 个端口，在此设置1 或2。项目中2 台16 型低压氨冰机端口为1，3 台40 型高压氨冰机端口为2。
IP ADDRESS（IP 地址）：IP 地址对Modbus 组态不起作用，适用于ETHERNET，如填写，不会报错。
STATION（从站设备地址）：范围：0～32。从站地址由从站方提供，项目中2 台16 型低压氨冰机地址为4#、5#，3 台40 型高压氨冰机地址为1#、2#、3#。
DEVICE &ADDRESS（设备与地址）：从站设备保存的内存地址。该地址必须跟从站设定地址对应，否则不能通信。具体格式如下：
下面以项目中16 型氨冰机的运行时间为例：PLC 地址为A40116。
第1 个字符“A”表示可读可写功能码。
第2 个字符“4”表示设备类型为“HOLDING REGISTER”读取保持寄存器。
最后4 个字符“0116”表示的为设备地址。
“COMMUNICATION I/O BUILDER”通信I/O 组态如图3 所示。
图3 “COMMUNICATION I/O BUILDER”通信I/O 组态
3.2 数字量组态
对于数字量的组态，在ALR121 组态中先给数字量定义缓冲地址，根据PLC 厂家提供的通信地址表，开关量缓冲地址定义在%WB002501 中（图4）。然后将缓冲地址中的每一位和厂家提供的位地址对应。
图4 “WBTAGDEF”数字量通信点地址分配
在“SWITCH”下双击“WBTAGDEF”，进行数字量的组态，需要设置的事项：
ELEMENT（通信的数字工位）：如：%WB002501，前面的%WB0025 是与ALR121 组态中的缓冲地址与%WW0025 相对应，（在项目中数字量的硬件地址是%WW0025、%WW0026，相应对应的位地址必须为%WW002501～%WW002516、%WW002601～%WW002616），后面的01 代表%WW0025 这个字的第一位。一个字等于2 个字节、等于16 位，所以%WW0025 这个字可以定义16 个数字量。
TAG NAME（工位名称）：填写相对应的工位名称，如K51001AX0，也就是设备位号。
TAG COMMENT（工位注释）：填写相对应的工位注释，如主机过载。
3.3 缓冲地址调用
在CS3000 系统FUNCTION BLOCK 建立PVI 模拟量输入模块（图5），即可对模拟量数据的调用。
图5 建立PVI 模拟量输入模块
选中K51001A-T，右键单击“EDIT DETAILS”，进入详细编辑（图6），将“输入信号处理”方式选择为子系统通信。
图6 详细编辑界面
开关量的调用可直接在流程图编辑中输入“WBTAGDEF”定义的地址“Tag comment”（图7）。
图7 “WBTAGDEF”定义地址画面
液氨灌区装置CS3000 与施耐德PLC 多机Modbus 通信使用至今，通信性能稳定，技术可靠。新系统有以下3 点优势：①线缆数量大量减少。布线简单，DCS 与每台PLC 之间只需要敷设1根通信电缆，多个设备并联在一起，控制数量越多优势越明显，带来的效益也更可观；
②获取参数多样化。DCS 系统单一回路只能读取被控设备的单一参数，采用Modbus 通信，可以获取更多的设备参数。采用Modbus 通信，DCS 只需要1 块ALR121 卡件便可满足所有参数的获取。避免因卡槽不够，需要增加机柜、卡件带来的额外资金投入；
③数据的无误差传输。通过Modbus 从PLC 读取的数据没有传输误差，与PLC 现实数据一致，对于控制精度较为严格的工艺来说很有意义。
