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案例頻道隨著網絡通訊技術的快速發展，工業控制系統間的通訊也在迅猛的發展。在上世紀八十年代以前，工業控制系統間幾乎不進行任何數據交換，每套系統都各自控制自己的設備。九十年代后，由于計算機技術、網絡通訊技術及通訊協議的逐步標準化，工業控制系統間的數據交換也漸漸地發展起來。現在工業控制系統間的數據交換已成為大型工業設備控制中關鍵的一個環節。在一套大型工業設備的控制中，根據各設備生產工藝的不同，要求采用不同的控制手段進行控制，以實現控制的優化，達到提高生產效率、保證生產安全、降低生產成本、減少投資的目的。這樣控制系統間數據的交換就成為必然，然而有時需要進行通訊交換數據的各控制設備的通訊協議不一致，或者缺少同一通訊協議的硬件或驅動軟件，從而造成控制設備間無法進行通訊。此時采用橋，即中間載體，就可實現各控制設備間的通訊，從而實現數據交換的目的。
撫順石油二廠150萬噸/年重油催化裂化裝置于2000年6月建成投產，2001年6月對催化機組控制系統進行改造，機組控制及ESD緊急停車系統采用美國TRICONEX公司的TS3000三重化冗余系統、其他設備的控制仍采用日本橫河公司的CENTUM集散控制系統。在出廠驗收測試(FAT)時發現，TS3000系統無法與前期上馬的CENTUM集散控制系統進行通訊，原因在于合同簽定及購貨時均未發現缺少了CENTUM系統中所需要的TS3000系統的通訊驅動程序。此時離生產日期已經很近，沒有再采購的時間。如果因此而延誤開車時間，將給工廠造成巨大的經濟損失。經TRICONEX公司北京工程中心與撫順石油二廠緊急磋商后，決定采用日本三菱公司的A系列PLC作為TS3000系統與CENTUM系統間通訊的橋，從而實現兩套系統之間的數據交換。本文就是論述這一方案是如何實現的。
硬件實現
TS3000系統采用4119EICM型智能通訊卡，它有五個25針D型通訊接口，分別為1、2、3、4、5。1、2、3號接口為MODBUS串行通訊接口，可進行RS232/RS422/RS485通訊；4號接口也是串行通訊接口，專用于TS3000組態軟件TS1131于控制器間的通訊；5號接口是并行通訊接口，用于連接打印機。
三菱公司的A系列PLC由一塊四槽底板、一塊電源卡、一塊CPU卡(A2AS)、一塊MODBUS通訊卡(A1SJ71UC24-R2-S2)及一塊RS232(A1SJ71UC24-R2)通訊卡構成。
CENTUM系統采用ACM11通訊卡，可進行RS232串行通訊。
由于三菱A系列PLC在串行通訊中不能作為主站使用，只能作為從站，因此TS3000系統和CENTUM系統都作為主站。首先TS3000系統通過4119EICM型智能通訊卡與三菱PLC的MODBUS通訊卡(A1SJ71UC24-R2-S2)、以MODBUS MASTER SLAVE通訊協議將數據寫入三菱PLC中，然后CENTUM系統通過ACM11通訊卡與三菱PLC的RS232(A1SJ71UC24-R2)通訊卡、以MODBUS通訊協議再從三菱PLC中讀取數據。結構圖示于圖1。
圖1 系統結構
TS3000系統的EICM卡與CENTUM系統的ACM11的通訊接口都是25針D型，而三菱PLC的通訊卡A1SJ71UC24-R2-S2和A1SJ71UC24-R2的接口卻是9針D型。因此通訊線需要25針到9針的轉換。EICM卡與A1SJ71UC24-R2-S2卡之間通訊線的接法見圖2；A1SJ71UC24-R2卡與ACM11卡之間通訊線的接法見圖3。
圖 2 EICM卡與A1SJ71UC24-R2-S2卡之間通訊線的接法
圖3 ACM11卡與A1SJ71UC24-R2卡之間通訊線的接法
軟件的實現
在工業控制系統領域中，系統間數據的交換都是利用數據的地址實現。各系統數據地址的定義雖不盡相同，但多數系統的數據地址都是按照MODBUS通訊協議定義，因此多數系統間數據的交換不存在問題。
TS3000系統將數字信號寫入三菱PLC中的組態方案如圖4。
圖4 Triconex 的TS3000系統通訊組態方案
TS3000系統中數字信號的地址與三菱PLC中數字信號的地址對應關系如下：
02001 ------ M0
02002 ------ M1
02003 ------ M2
------------------
03000 ------ M999
03001 ------ L0
03002 ------ M1001
03003 ------ M1002
------------------
03998 ------ M1997
03999 ------ M1998
04000 ------ M1999
當給模擬信號組態時卻出現了意想不到的情況。TS3000系統將模擬信號的地址定義為4xxxx，而三菱A系列PLC卻將模擬信號的地址定義為3 xxxx。因此TS3000系統無法將模擬信號寫入三菱PLC中。如上所述，數字信號能夠寫入PLC中，于是在TS1131組態軟件中將一個模擬信號的16位二進制碼分解成16個數字信號，然后用將數字信號寫入PLC的方法將分解得到的16個數字信號寫入到PLC中。在三菱A系列PLC中，用PLC組態軟件的梯形邏輯圖將這16個數字信號合成一個十進制數，這樣在三菱PLC中就恢復了這個模擬信號，于是TS3000系統與三菱PLC之間的模擬信號的傳輸問題就得到了徹底的解決。
TS3000系統將模擬信號寫入三菱PLC中的組態方案如圖5。
圖5 Triconex 的TS3000系統將模擬信號寫入三菱PLC中的組態方案
TS3000系統將信號寫入三菱PLC后，數字信號就存在于相應的地址，模擬信號也以數字信號的形式存在于相應的地址中，所以PLC雖然是從站，但也要完成一項任務，既恢復模擬信號——將在TS1131組態軟件中將模擬信號分解成的16個數字信號再合成模擬信號。PLC的組態軟件語言為梯形邏輯圖，其組態方法如圖6。
圖6 三菱PLC恢復模擬信號的梯形邏輯圖
這樣在三菱PLC中，數字信號存放在中間繼電器M中，模擬信號存放在數據寄存器D。CENTUM系統只要從相應的中間繼電器M及數據寄存器D中將數字信號和模擬信號分別讀取出來，那么TS3000系統與CENTUM系統的數據交換就完全實現了。
結語
當兩套控制系統之間通訊不能實現時，利用兩套控制系統都能夠交換數據的第三設備作為橋，從而實現系統間的數據交換不失為一種很好的解決方案。
參考文獻：
1. TRICONEX TS3000編程組態手冊
2. 三菱A系列PLC編程組態手冊
3. InTouch組態手冊
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號