DCS和PLC通訊技術(shù)在給煤機(jī)中的應(yīng)用

馬濤

摘 要： 本文分析了DCS和PLC通訊技術(shù)在給煤機(jī)中的應(yīng)用，介紹了控制系統(tǒng)的組成，及控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 通訊；DCS；PLC

DCS、PLC和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是當(dāng)前工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)的主力軍，它們之間的緊密結(jié)合，大大推動(dòng)了工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)程。本文所討論的控制系統(tǒng)就是把DCS、PLC與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)有機(jī)的結(jié)合在一起，從而集合了三者的優(yōu)勢(shì)，既能實(shí)現(xiàn)邏輯及順序控制，又能很好地完成過(guò)程控制。

1.控制系統(tǒng)的組成

某電廠遠(yuǎn)程監(jiān)控DCS系統(tǒng)主要由主控室的監(jiān)控主計(jì)算機(jī)（工程師站）、現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)（操作員站）和四臺(tái)西門子公司的S7—300系列的PLC組成。其中的給煤機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控為整個(gè)DCS系統(tǒng)的一部分。該給煤機(jī)控制系統(tǒng)采用四級(jí)集散控制結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)、PLC程控系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。給煤機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由于主控計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)距離較遠(yuǎn)，監(jiān)控主計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)的串行通訊接口均為RS232，但RS232采用非平衡方式發(fā)送接收數(shù)據(jù)，傳輸距離短、抗干擾能力差，不適合于遠(yuǎn)距離設(shè)備之間的通訊連接閉。由于RS485串口采用“平衡差動(dòng)式”數(shù)據(jù)傳輸，傳輸線上是電位差信號(hào)，不構(gòu)成電荷積累，因而抗于擾能力強(qiáng)，適用于高速率、遠(yuǎn)距離傳輸，最長(zhǎng)傳輸距離可達(dá)1200m?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)距主控室的信號(hào)傳輸距離在500m左右且現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較惡劣、連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，故決定采用RS485串口技術(shù)。在監(jiān)控主機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)之間通過(guò)RS一232到RS～422轉(zhuǎn)換器連接。

2.控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

在系統(tǒng)中采用了把給煤機(jī)控制系統(tǒng)從整個(gè)DCS控制系統(tǒng)中獨(dú)立出來(lái)，主要是為了提高給煤機(jī)系統(tǒng)的可靠性，從而提高了整個(gè)DCS系統(tǒng)的安全性。這樣，給煤系統(tǒng)首先作為一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)，分控計(jì)算機(jī)理所當(dāng)然是本系統(tǒng)的上位管理機(jī)；其次作為整個(gè)DCS系統(tǒng)的一部分，它必須與主控系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。這樣既保證了全系統(tǒng)的集中監(jiān)控管理，又保證了各種控制、保護(hù)的實(shí)時(shí)性，真正做到了分散控制，集中管理。

3.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)主要由工程師站（主控PC）軟件、操作員站（現(xiàn)場(chǎng)PC）軟件和PLC工作站軟件組成。

（1）工程師站軟件設(shè)計(jì)

工程師站（主控PC）功能主要是呼叫現(xiàn)場(chǎng)PC（操作員站），并向現(xiàn)場(chǎng)PC發(fā)送控制命令。其工作過(guò)程為主控PC發(fā)送需呼叫命令，等待接收從機(jī)的應(yīng)答信號(hào)，若應(yīng)答信號(hào)正確即發(fā)送控制命令，若應(yīng)答信號(hào)不正確則再發(fā)送需呼叫的地址，并等待接收應(yīng)答信號(hào)。對(duì)從機(jī)多次呼叫而在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無(wú)應(yīng)答信號(hào)或應(yīng)答信號(hào)不正確，則提示錯(cuò)誤信息，圖2為主控機(jī)通信流程圖。

主控通信程序使用VC 6.0提供的串行端口控件Microsoft Common contml（簡(jiǎn)稱MSComm）來(lái)為應(yīng)用程序提供串行通訊。該控件使用事件驅(qū)動(dòng)或查詢方式解決通訊中的問(wèn)題，屏蔽了通訊過(guò)程中的底層操作，程序員可以設(shè)置、監(jiān)視MSComm控件的屬性和事件，結(jié)合Timer控件即可完成對(duì)串行口的初始化和數(shù)據(jù)的輸入、輸出工作，實(shí)現(xiàn)串行異步通訊。

（2）操作員站軟件設(shè)計(jì)

操作員站（現(xiàn)場(chǎng)PC）的通信功能主要包括接收主站的命令，呼叫各從機(jī)，并向各從機(jī)發(fā)送控制命令。其工作過(guò)程為主控機(jī)發(fā)送需呼叫的從機(jī)的地址，等待接收從機(jī)的應(yīng)答信號(hào)，若應(yīng)答信號(hào)正確即發(fā)送控制命令，若應(yīng)答信號(hào)不正確則再發(fā)送需呼叫的地址，并等待接收應(yīng)答信號(hào)。對(duì)同一從機(jī)多次呼叫而在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無(wú)應(yīng)答信號(hào)或應(yīng)答信號(hào)不正確，則提示錯(cuò)誤信息，此通信過(guò)程與主控計(jì)算機(jī)的通信功能相似。另外，操作員站平時(shí)對(duì)各監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并定時(shí)存貯，當(dāng)有串行中斷時(shí)，執(zhí)行串行中斷服務(wù)程序，判別是否為本站的地址信息，地址信息與本站地址相符時(shí)，轉(zhuǎn)為接收控制命令，并執(zhí)行相應(yīng)的操作；地址信息與本站地址不符時(shí)，則退出中斷。操作員站的通信程序同樣使用VC6.0提供的串行端口控件MSComm來(lái)實(shí)現(xiàn)。主控PC串行口與現(xiàn)場(chǎng)PC串行口的設(shè)置要一致，即數(shù)據(jù)格式一致，通信波特率相同。

（3）PLC的軟件設(shè)計(jì)

DCS和PLC的綜合，其核心是DCS與PLC間的通訊。為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與PLC的良好通信，本系統(tǒng)中在計(jì)算機(jī)與PLC間增設(shè)了Siemens公司的CP341通訊模塊，CP341模塊帶有RS一485和RS一232接口與PLC或計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，提供簡(jiǎn)單的高性能的通信結(jié)構(gòu)，采用Modbus通訊協(xié)議，從而實(shí)現(xiàn)了開(kāi)放式基于標(biāo)準(zhǔn)化的聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線的連接。PLC串行口通訊與操作員站（現(xiàn)場(chǎng)PC）串行口通訊的設(shè)置要一致，

即數(shù)據(jù)格式一致，通信波特率相同。

Step7編程軟件是基于Windows平臺(tái)的為S7—300 PLC配置和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。通過(guò)Step7編程軟件，用戶可以進(jìn)行系統(tǒng)配置和程序的編寫、調(diào)試，在線診斷PLC硬件狀態(tài)，控制PI』C的運(yùn)行狀態(tài)和L/0通道的狀態(tài)等。在給煤機(jī)程控系統(tǒng)中，輸入輸出點(diǎn)數(shù)眾多，控制結(jié)構(gòu)與功能相當(dāng)復(fù)雜，因此模塊化的程序設(shè)計(jì)方法是本系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)的首選方法。PLC控制程序可劃分成信號(hào)采集、程序處理、信號(hào)輸出等3個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊。信號(hào)采集模塊完成對(duì)所有現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集，另外還分別完成接收由分控站和主控站發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)等任務(wù)。它主要由現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)量信號(hào)采集及模擬信號(hào)采集及保護(hù)處理程序塊等組成。程序處理模塊是PLC控制程序的主體，該模塊主要是按照工藝流程來(lái)設(shè)計(jì)的，其好處在于編制這部分程序時(shí)可以不需要完備的硬件環(huán)境。

信號(hào)輸出模塊主要包括以下3個(gè)部分：1）把所有的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)信息及故障報(bào)警信息上傳給分控PC機(jī)。2）以約定的格式為主控站準(zhǔn)備必需的設(shè)備狀態(tài)信息和部分故障報(bào)警信息。3）把程序處理模塊的輸出根據(jù)各設(shè)備的具體要求轉(zhuǎn)換成實(shí)際控制信號(hào)，直接輸出至PLC輸出模塊。

4.應(yīng)用效果

某火力發(fā)電廠改造后的DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了給煤機(jī)控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，使得生產(chǎn)過(guò)程安全、可靠并且提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，通過(guò)試運(yùn)行，效果良好。該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控。主控室的監(jiān)控主計(jì)算機(jī)相當(dāng)于工程師站可以監(jiān)視、控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

（2）實(shí)現(xiàn)電機(jī)、泵等設(shè)備起、停的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)泵等動(dòng)力設(shè)備的聯(lián)鎖控制。

（3）現(xiàn)場(chǎng)PC，即為操作員站。具有報(bào)警監(jiān)視及確認(rèn)故障等功能。

（4）給煤機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)有保護(hù)投入開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)置于“保護(hù)”側(cè)時(shí)，發(fā)生給煤機(jī)斷煤、過(guò)載、斷鏈時(shí)，跳給煤機(jī)。反之，如發(fā)生上述故障，只報(bào)警，不跳給煤機(jī)。■