专题三IA对外通讯接口方案.docx
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专题三IA对外通讯接口方案
三、I/A对外通讯接口方案
1.概述
在现代化电厂过程控制系统设计中,需要建立以DCS系统为核心的过程控制网络,而电厂其它的第三方系统,如辅助系统PLC、生产实时信息监控系统(SIS)、远程温度数据采集系统等则需要通过通讯方式与DCS系统集成,以实现电厂生产过程数据和信息共享。
因此对DCS系统的开放性就提出了很高的要求,包括通讯协议的多样性,通讯接口的设置灵活性,以及数据通讯的可靠性。
作为第四代的DCS系统,I/ASeries系统一直作为真正开放的DCS系统而被用户所推崇。
I/ASERIES系统提供多种标准的通讯方式,包括标准的以太网接口、RS-232、RS-422或是增强型的RS-485接口等,遵循TCP/IP、MODBUS或是MODBUSRTU等通讯标准,支持FF、Profibus、HART、DECnet、FoxCom等现场总线通讯。
I/A控制系统可以提供功能强大的与第三方设备接口的接口卡,系统中提供的支持接口卡工作的主要驱动程序如下:
∙OPC
∙Modbus(串行通讯&以太网通讯)
∙Allen-BradleyControlLogix
∙Profibus-DP/PA
∙FF
∙TSAA(Triconex通讯协议)
∙DECnet
在电厂生产过程控制系统中,需要与DCS系统进行通讯的系统通常有如下几类:
1生产实时信息监控系统(SIS)。
2其它第三方DCS或PLC控制系统:
包括其它DCS控制系统,主厂房辅助控制系统PLC(如汽机安全监视系统TSI、汽机振动监视诊断系统TDM等),辅网控制系统PLC如输煤程控系统、除灰控制系统、化水控制系统等。
3现场智能设备:
如HART、FF、ProfibusDP等现场智能设备。
4特殊的电气系统:
采用IEC61850通讯协议的电气设备。
2、通讯接口方案介绍
2.1SIS系统通过OPC接口服务器读取DCS数据方案
该方案中,在DCS侧提供了OPC服务器作为与SIS系统的接口。
OPC服务器作为Mesh网上的节点,可以方便地获得DCS系统内的实时数据。
以打包方式,再利用OPC数据传输技术的强大功能,以SERVER-CLIENT的结构,将DCS系统的大量的数据通过以太网卡及防火墙传送至SIS系统。
从而实现将DCS系统内数据传送至SIS系统进行监视功能。
采用该方案的相关设备主要是一些通讯电缆和相关的软件编制工作。
该方案的优点是数据传输量大,且传输速度快。
OPC接口服务器是安装I/ASeries系统AIM*ATOPC服务器软件的工作站,I/ASeries系统OPC服务器软件没有点数限制,通过OPC服务器软件,客户端可以读取I/ASeries系统中的实时数据和历史库中的历史数据。
OPC服务器支持OPCDA2.04标准及OPCHDA1.0标准,也支持OPCDA1.0a标准,即支持实时数据和历史数据访问,通常不支持报警和事件,如需报警和事件需要单独组态。
AIM*ATOPC服务器遵循OPCFoundation标准,允许以相容方式存取现场各种类型设备数据。
使用Microsoft’sOLE技术(COM)与客户端通信。
DAServer直接存取过程控制实时数据,HDAServer可直接存取过程控制实时和历史数据。
OPC数据存取的负荷由组态通讯数据量和硬件配置等因素决定。
I/ASeriesAIM*ATOPCServer特点:
●完全遵循OPCDAV2.04andV1.0a、OPCHDAV1.0及OPC其它标准
●允许从I/ASeries工作站上读取实时数据
●允许从I/ASeries历史站上读取实时及历史数据
●可对所有的OPC标签的变化死区进行独立组态
●OPCAutomationComponents提供了可编程接口(VBA,VBscripts)
●自动检测可用的数据服务器及OPC数据ID号。
●从多个服务器同时读取数据
OPCServer通讯连接示意图如下:
2.2第三方系统通过通讯接口卡件接入DCS方案
FoxboroI/ASeries可以提供功能强大的通讯接口卡与第三方系统通讯,在电厂中主要用于其它DCS控制系统、主厂房辅助控制系统PLC、辅网控制系统PLC等第三方系统与DCS系统通讯,通讯接口卡主要包括:
∙Modbus通讯接口组件FBM224
∙FDSI通讯接口组件:
-FBM230,4通道串口通讯单卡
-FBM231,4通道串口通讯冗余组件
-FBM232,10/100MbEthernet通讯单卡
-FBM233,10/100MbEthernet通讯冗余组件
a)FBM224模块
FBM224所带的设备支持RS-232、RS-422或RS-485的通讯接口标准,并且可以以Modbus协议的RTU方式成功地实现通讯。
FBM224组件的主要性能如下:
∙符合Modbus协议
∙提供RS-232、RS-422或RS-485的通讯接口标准的选择
∙集成Modbus从站设备的数据至I/A控制数据库
∙相关的端子附件适用于安装在2区的2类1级环境
∙每块FBM224能读/写最多64个从站数据
∙每块FBM224允许控制站访问2000个DCI数据链接。
每个DCI数据链接可以是一个AI或AO、一个DI或DO、一组打包的DI或DO。
即通过一块FBM224的四个接口,可以允许控制站访问2000个模拟量I/O值或多达32000个数字量I/O值。
访问速率最快达到500ms。
∙FBM224有四个口,每个口都可以单独地组态为RS-232、RS-422或RS-485,一个FBM224可以连接至Modbus网络上的各种标准的通讯接口。
端口1和2,端口3和4可以组态为单一的逻辑端口,使用冗余的通讯电缆与具有双端口的Modbus设备接口。
∙卡件及其接线端子适于安装在Class1Division2和Zone2级环境
FBM224典型的通讯连接示意图如下:
b)串口通讯接口组件FBM230/FBM231
串口通讯接口单卡FBM230:
提供了第三方现场单口I/O设备与I/ASeries系统的串口通讯;
串口通讯接口冗余组件FBM231:
提供了现场双口I/O设备与I/ASeries系统的串口通讯。
FBM230/FBM231组件主要特点如下:
∙四个接口均可通过软件单独组态,支持标准的RS-232、RS-422或RS-485通讯接口。
∙支持多达2000个DCI块链接。
∙可支持与多达64个RS-485设备通讯,或与最多4个RS-232或RS-422设备的直接连接通讯。
∙将就地设备的数据集成到I/ASeries数据库中
∙可就地安装,能在G3标准(恶劣)环境下正常工作
c)以太网通讯接口组件FBM232/FBM233
以太网通讯接口单卡FBM232:
提供第三方现场单口I/O设备与I/ASeries系统的以太网接口通讯;
以太网通讯接口冗余组件FBM233:
提供现场双口I/O设备与I/ASeries系统的以太网接口通讯。
FBM232/FBM233的主要特点如下:
∙与就地设备通讯的以太网传输速率为10Mbps/100Mbps。
∙最多可与64个就地设备通讯。
∙支持最多2000个DCI块连接。
∙通过以太网连接将就地设备的数据集成到I/ASeries数据库中
∙可就地安装,能在G3标准(恶劣)环境下正常工作
FBM232/FBM233典型的通讯连接示意图如下:
FBM232通讯连接示意图
FBM233通讯连接示意图
2.3采用通讯接口卡与现场智能设备通讯
FoxboroI/ASeries也可以提供功能强大的通讯接口卡与现场智能设备通讯,如HART智能设备、FF及PROFIBUS现场总线设备,通讯接口卡主要包括:
●FF现场总线通讯接口组件
-FBM228,FF现场总线接口冗余组件
●Profibus现场总线通讯接口组件
-FBM223,Profibus现场总线接口单卡
-FBM222,Profibus现场总线接口冗余组件
●Hart智能设备通讯接口组件
-FBM214b,8路HART通讯输入接口组件
-FBM215,8路HART通讯输出接口组件
-FBM216b,8路HART通讯冗余输入接口组件
-FBM218,8路HART通讯冗余输出接口组件
a)FFH1现场总线接口组件
FBM228为符合Foundation现场总线标准的现场仪表与I/ASeries系统之间提供通讯接口,提供4路隔离的H1现场总线段的集成,最大连接的设备数量为64,可冗余组态。
Foundation现场总线设计成针对过程测量与控制仪表集成的全数字双向通讯方式,FBM228支持标准的Foundation现场总线功能块(AI、AO、DI、DO),通过I/ASeries系统MESH网络,可将所有块的参数传递到I/A控制站之中。
H1网段彼此间相互隔离,电源经过FBM接线端子为现场仪表供电。
FBM228的主要特点:
●遵循Foundation现场总线标准,支持所有注册的FoundationH1现场总线仪表,允许使用其它制造商现场总线仪表
●支持所有动态变量,变量可作为在控制站中组态的某个控制策略中的关联值
●使用FDT或EDDL技术的应用程序提供对现场仪表中所有变量的存取
●为每个H1段提供LAS(链路活动调度程序)
●自动检测和处理在H1段上联接的所有设备,并提供快速启动与通讯
●遵循ANSI/ISA,IEC61158、CENELECEN50170标准
●FBM228及其接线端子适于安装在Class1Division2和Zone2级环境
FBM228典型的网络连接示意图如下:
FBM228网络连接示意图
b)PROFIBUS-DP/PA通讯接口组件
PROFIBUS-DP通讯接口组件FBM222/FBM223为PROFIBUS-DP从站设备(例如PLC、I/O组件和现场I/O设备)与I/ASeries系统之间提供通讯接口。
FBM222提供两个端口,每个端口支持31个从站设备(有中继器可到125个),可单个或冗余组态;FBM223提供两个PROFIBUS总线网段端口,每个PROFIBUS总线网段不使用转发器(无扩展总线配置)可以连接31个从站设备。
按照所选择的数据传输速率,不使用转发器电缆距离最远可以达到1200米。
FBM222/FBM223组件的主要特点:
●遵守PROFIBUS-DP现场总线规范
●对所有的设备变量与诊断信息提供完全的支持
●将PROFIBUS-DP/PA从站数据集成到I/ASeries控制数据库中
●组件及其接线端子适于安装在Class1Division2和Zone2级环境
●组件与PROFIBUS-DPI/O设备以主站/从站方式进行通讯。
表3-1PROFIBUS-DP总线段的最大长度(未使用转发器)
数据传输速率kbps
9.6
19.2
45.45
93.75
187.5
500
1500
3000
6000
12000
最大段长度(米)
1200
1200
1200
1200
1000
400
200
100
100
100
FBM222的网络连接示意图如下:
现场总线组件FBM222与从站设备连接示意图
c)HART通讯接口组件
主要有四种类型:
FBM214b,8路HART通讯输入接口组件
FBM215,8路HART通讯输出接口组件
FBM216b,8路HART通讯冗余输入接口组件
FBM218,8路HART通讯冗余输出接口组件
HART通讯接口组件的每一路通道既可接收/输出4~20mA输入信号,又可接收/输出搭载在4~20mA模拟信号上的HART移频键控(FSK)信号。
每一路通道为现场设备提供双向的数字通讯,并将该设备上的4~20mA模拟输入/输出信号进行模/数转换。
每一路通道有各自专门的FSKModem。
HART类型的卡件支持任何标准的4~20mA模拟设备和HART设备混合使用。
HART通讯接口组件支持HART通用命令利用I/ASeries系统数据库与现场仪表进行必要的连接,并充当HART通讯现场仪表的宿主机,使得I/ASeries系统每秒种从现场仪表中请求和接受2个数字消息。
该消息的通过能力被用于支持HART通用的惯例以及设备特性命令。
HART通讯输入接口组件提供通用的隔离电源给8个通道供电,也可选外部电源供电。
但当一个普通外部电源用于两个或更多通道时,需要一个电缆平衡转换组件以防止通道间的交叉干扰。
为提高精度,组件包含了一个Sigma-Delta转换器,可每隔100ms为每个通道提供新的模拟量输入值。
HART通讯输出接口组件为每个通道提供隔离电源进行供电。
HART通讯冗余模拟输出:
∙如果一个组件侦查到一次故障,它的输出将降为0mA,而同时好的组件中的相应通道将自动继续供电给输出电流回路。
∙每个输出驱动一个外部负载,产生0~20mA输出。
输出通过冗余适配器连接。
每个组件的微处理器执行模拟I/O应用程序,并通过安全路径证实FBM的健康状态。
∙组件输出安全性的组态选项包括了故障/安全动作(保持/恢复)、模拟输出故障/安全恢复数据(在每个通道基础上)、现场总线故障/安全方法,以及现场总线故障/安全延迟时间。
∙模拟输出故障/安全恢复数据选项必须设定为0mA输出。
这将为检查问题时从设备中去掉了一个冗余输出通道(例如组件接收了不当输出读数,或没有通过FBM微处理器的测试等)。
模拟输出故障/安全恢复数据选项设定为0mA也使“高故障”的可能性降至最低。
2.4特殊系统的通讯方案
电厂DCS还经常会遇到需要与一些特殊的电气系统通讯,如:
采用IEC61850通讯协议的电气系统或设备。
FOXBOROI/A系统通常采用I/A系列通讯接口模件SCD5200与电气专业的譬如支持IEC61850通讯协议的设备通讯。
SCD5200为I/A系统RTU站,是一块集CPU、供电及以太网通讯一体的卡件,支持以下通讯协议:
●DNP3(主或从)
●
IEC60870-5-104(从)
●Modbus/TCP(主)
●IEC61850(客户端)
SCD5200COPE卡件可以允许从IEC61850设备(如开关柜的综保装置)中读取数据,然后送到DCS系统。
I/ASCD5200COPE通过交换机可以与最多63个IEC61850设备连接,通讯速率为10Mbps/100Mbps。
I/ASCD5200COPE的数量需要根据通讯数据量来确定。
I/ASCD5200COPE与DCS通讯可以采用MODBUSTCP/IP通讯协议进行通讯,也可采用串口通讯。
右侧为SCD5200通讯示意图。
3、本项目DCS系统对外通讯配置方案
根据本项目招标文件要求,DCS与其它控制系统间的通讯接口我方初步配置方案如下:
根据招标文件要求,有以下系统需要与DCS通讯,FOXBORO配置如下:
序号
与DCS接口采用通讯方式的控制系统和设备名称
与DCS接口型式
FOXBORO通讯接口配置
备注
1
厂级监控信息系统(SIS)
专门的SIS接口站
DCS配置一台专用的SIS接口站与DCS通讯
2
燃机控制系统(MARK-VIe)
冗余,双向的通讯接口,使用GEMARK-VIe的通信协议:
GSM协议、TCP/IP
DCS侧采用冗余的以太网通讯接口模件FBM233与燃机控制系统通讯,详见FBM233通讯连接方案
3
汽机数字式电液控制系统(DEH)
其系统及硬件设备与DCS一体化,并采用双向冗余数据通讯接口
与DCS系统一体化,DCS侧提供冗余的交换机通讯接口,DEH操作员站及控制器作为DCS上的网络站点挂在MESH网络上
4
监视仪表系统TSI
双向冗余数据通讯接口
暂在DCS系统中提供Modbus通讯接口卡件FBM224与之通讯
5
TDM系统
双向冗余数据通讯接口
暂在DCS系统中提供Modbus通讯接口卡件FBM224与之通讯
6
胶球清洗装置
双向冗余数据通讯接口
暂在DCS系统中提供Modbus通讯接口卡件FBM224与之通讯
7
制氢站系统
双向冗余数据通讯接口
暂在DCS系统中提供Modbus通讯接口卡件FBM224与之通讯
8
启动锅炉系统
双向冗余数据通讯接口
暂在DCS系统中提供Modbus通讯接口卡件FBM224与之通讯
9
预留数据通讯接口(包括辅助车间控制系统)
冗余
暂提供备用的Modbus通讯接口
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