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DCS控制技术
目录
第一部分
第一章智能设备在300系列DCS中的互联5
一.卡件配置6
二.费用核算6
三.设计时间计划7
四.必要的技术资料和调试样机7
五.卡件硬件简单介绍8
1.通信接口卡SP2428
2.通信接口卡SP24411
第二章SP244卡与智能设备互联15
一.现场连线说明15
二.通讯驱动程序的软件编程15
1.串行通讯库函数使用说明16
2.Modbus库函数使用说明17
3.HostLink库函数使用说明22
四.附录34
1.镇海炼油厂中所使用的SP244卡的SCX语言程序34
2.HostLink协议错误响应码表39
第三章RS-232TORS-422/485转换模块41
一.简介41
二.使用说明42
三.注意事项43
第四章OPC软件与MIS接口软件的应用与选型45
一.OPC简述45
二.我们的OPC产品46
1.OPC服务器软件——JXOPCServer46
2.OPC客户软件48
三.MIS系统接口软件50
1.MIS系统简介50
2.DCS与MIS系统51
3.MIS系统接口软件51
四.用OPC接口定制MIS系统接口软件53
1.用OPC接入MIS系统接的方案53
2.MIS系统接口软件的开发54
3.MIS系统接口软件的工程实现55
第五章SAMS智能设备管理软件56
一.设备管理功能56
1.设备访问功能56
2.记录审查功能56
二.技术路线57
1.系统结构57
2.安全控制58
三.技术指标58
第六章HART协议网桥59
一、技术指标59
二、结构59
三、与DCS兼容60
四、外部特征61
第二部分
第一章控制站若干问题62
一.累积量专题62
1.使用累积量的原因62
2.300系统的模拟量累积62
3.300X系统的模拟量累积和累积量64
4.脉冲型模拟量的累积66
二.开关量问题66
1.问题66
2.解决办法66
3.改进67
三.定时器问题67
1.精确定时器67
2.以控制周期为基准的定时器67
四.系统负荷68
1.运行时间问题68
2.运行时间负荷估算68
3.运行时间解决方法69
4.程序容量70
5.数据容量70
五.组态更改和在线下载70
1.问题70
2.注意点71
六.控制站交换数据71
1.原理71
2.注意点72
七.SCX语言要点72
1.语法规则72
八.SCControl语言要点72
1.语法规则72
2.要点73
第二章EmulatorSP243X仿真模块74
一.概述74
二.使用说明74
1.EmulatorSP243X仿真模块的电源连接示意图74
2.EmulatorSP243X仿真模块与操作站的连接示意图75
3.仿真模块介绍75
4.仿真模块的的网络节点地址(SCnetⅡ)设置76
三.注意事项77
第一部分
第一章智能设备在300系列DCS中的互联
JX-300系列DCS具有与其他厂家测控系统和智能设备互联的能力,但由于这些智能设备的通讯协议、使用情况(如配置情况)、应用场合的多样性,导致JX-300系列DCS与各种智能设备之间的互联具有一定特殊性和复杂性,所以,需要用户提供必要的智能设备的通讯协议(包括物理层、链路层、应用层等)、智能设备配置情况(输入、输出、内部变量的使用情况)、需要实现的目标(读、写、显示智能设备的那些信息)等等。
只有在掌握了这些资料的基础上,我们才可以通过特殊的软件编程,实现这些智能设备与JX-300系列DCS之间的通讯协议转换、信息格式转换、信息显示等互联工作。
但是,由于一些使用较早的PLC、智能仪表的厂商并不提供与设备联接的通讯协议或没有遵循一定的标准化的通讯规范,所以利用我们公司目前掌握的资料进行智能设备的互联存在很大的难度,甚至无法实现通讯联接。
例如,Siemens不提供书面开放的应用层协议,JX-300系列DCS与Siemens的S5系列PLC还无法实现通讯互联;而与有些PLC实现互联,需要为PLC配置一定的通讯单元,使PLC等智能设备具有可通讯连接的端口,因此需要增加用户额外的投资预算,如OMRONC200H/C200HS小型PLC联接,用户必须在原有PLC的基础上增加Hostlink接口卡LK202-V1,为PLC互联扩充RS422通讯端口,还需要修改LK202-V1卡内部RS422端口上的保护电阻(10K欧姆改为50~100欧姆)。
总之,与智能设备的互联存在较多的不确定因数,这些问题都应该在智能设备互联方案确认前与用户协商,并作详细的技术准备。
JX-300系列DCS已具有成熟的通讯接口(如RS232/485接口)硬件产品(如SP244、SP242等,一般称为“网关卡”),但与智能设备互联的驱动程序(应用软件)需要确定互联协议后才可以为厂家作特别设计,并且软件设计、调试的工作量较大,因此与互联设备之间的通讯驱动程序的设计才是智能设备“网关”设计的重点。
部件名称
应用系统
通讯接口
通讯驱动程序
备注
SP242
JX300
RS232和RS485
由浙大中控技术中心设计
SP244
JX-300B
JX-300X
RS232,可转换为RS485/RS422
提供SCX通讯库函数,由工程技术人员自行设计
RS485/RS422端口需要配置SP428模块
FW244
WedField
ECS-100
RS232,可转换为RS485/RS422
提供SCX通讯库函数,由工程技术人员自行设计
RS485/RS422端口需要配置SP428模块
网关计算机+特定通讯接口的适配卡
JX-300
JX-300B
JX-300X
ES-100
Profibus、RS232、RS232、RS485等
由浙大中控技术中心特殊设计
适用面较广,可使用在较为复杂的协议
FW244卡的技术参数与SP244卡基本类同,使用时可参考SP244技术说明。
“网关计算机+特定通讯接口的适配卡”的配置方案可应用于较为复杂的应用场合,但往往设计工作较为复杂,设计成本也相对较高,因此需要考虑的因数(外购件、设计成本、实施的可行性、项目总体情况等)较多,需要结合具体项目综合考虑,并经过多方(用户、市场部、技术中心等)协商来确定技术方案,在这里不作详细叙述。
例如,利用Profibus-DP与Siemens的S5系列PLC通讯,必须向Siemens公司购买昂贵的PROFIBUS接口卡和通讯驱动程序;与YOKOGAWA的CENTUM-XL通讯互联,也必须向YOKOGAWA购买昂贵的通讯接口卡和驱动程序。
目前YOKOGAWA的uXL、OMRONC200H/C200HS以及符合MODBUS通讯协议的智能设备,已具备了通讯互联的技术条件,软件设计较为简单,设计时间也相对较短。
一.卡件配置
如果智能设备只具有RS232端口,那么理论上讲,一台智能设备需要配置一块SP242或SP244;如果智能设备具有RS485/RS422端口,并且具有通讯总线的寻址功能(智能设备可以地址设置),那么理论上讲,多台智能设备(最大16台)只需要配置一块SP242或SP244,但是如果每台设备的通讯信息量较大,联接智能设备的数量较多,则相应的数据通讯扫描周期也延长,数据刷新可能有一定的延时。
因此,对于需要较快的数据通讯扫描周期(如500毫秒、1000毫秒)用于实时显示或控制输出的应用情况,需要适当限制联接智能设备的数量。
二.费用核算
1.通讯程序设计费用,其中包括设计与智能设备互联的通讯协议转换软件,实现这些智能设备与JX-300系列DCS之间的通讯协议转换、信息格式转换、信息显示等互联工作所需的费用
2.差旅费、现场设备互联的软件调试、安装等技术服务费用
3.卡件配置费用,如下表。
型号
部件名称
备注
SP242
网关卡(300)
通信驱动软件需附加开发费
SP244
网关卡(300X)
通信驱动软件需附加开发费
SP428
RS232/485转换模块
需要10~25V供电电源
SP418
RS232/RS485/RS422用双绞电缆
三.设计时间安排
1.首先,需要为设备互联提供必要的调试样机和技术资料。
2.然后,在此基础上对协议进行分析并设计相应的通讯驱动程序,大约需要2个月左右,完成的具体时间还需要结合技术中心的总体任务安排。
如果通讯协议可以利用现有的通讯库函数编写SCX语言实现设备互联,则可由具体工程人员负责编写通讯程序,现场调试,那么整个周期就会较短。
如果分析通讯协议后发现无法利用现有的通讯库函数实现,则需要开发通讯库或替代通讯接口卡的上位机程序,开发和测试时间共计约2个月。
3.现场调试时间约1个月。
上述时间可能会因为接口协议的难易程度和工程项目的总体情况,以及用户对互联
设备的熟悉程度,设计时间有一定的调整。
但必须注意,这些互联软件的设计属于
为用户特制的,涉及的工作量较大,所以需要较长的定货周期。
四.必要的技术资料和调试样机
用户需提供必要的智能设备的通讯协议(包括物理层、链路层、应用层等)、智能设备配置情况(输入、输出、内部变量的使用情况)、需要实现的目标(读、写、显示智能设备的那些信息)等等。
在项目的技术商谈过程中,我们需要就以下事宜,与用户协商并让用户提供详细的书面资料,按下表填写,而且最好附上互联智能设备设计和生产厂商提供的通讯接口协议的技术资料。
内容
说明
备注
通讯协议类型
物理层类型
RS232/RS485/RS422
联接设备数量
智能设备名称
型号
生产厂家
各智能设备配置情况
(输出变量、输入变量、模拟量、开关量)
应用层协议
实现的目标
显示(……)
操作(…..)
并注明需要显示和操作那些变量
信息数量统计
五.卡件硬件简单介绍
1.通信接口卡SP242
SCnet可以通过通信接口单元与其它厂家设备联结。
通信接口卡(SP242)是通信接口单元的核心,是SCnet网络节点之一(在SCnet中SP242处于与SP241同等的地位),它解决了JX-300系统与其他厂家测控系统和智能设备的互联问题,具有RS232/RS485通信接口,已实现了MODBUS、HostLink等多种协议的网间互联。
通过网间联接,其他厂家测控系统和智能设备的过程参数能成功地与系统内控制站、操作站等进行信息双向通信,使异种设备成为JX-300系统的一部分(子系统)。
目前,SP242卡件具有RS232和RS485两个独立的物理端口,都具有数量缓冲功能,通过软件编程可以完成其他通信总线与SCnet之间的物理层联接、通信协议转换、流量控制、信息缓冲等等功能。
SP242的两个端口都以主从应答方式与其他设备通信,而且以SP242为主设备。
SP242具有符合SCnet规范的网络接口,实现与SCnet网络的互联,可以与其他控制站或操作站实现数据交换。
1.1SP242通信端口的参数和规范:
A、通信端口1:
RS-232C接口规范。
连接方式:
点对点。
隔离电压:
现场侧500Vp-p
同步方式:
起—停方式。
数据格式:
1位起始位,1位停止位,7/8位数据(ASCII或RTU)
奇偶校验:
允许/禁止,奇/偶
通讯速率:
1200/2400/4800/9600/19200bps。
端口数:
1个。
连接电缆:
3芯通讯电缆。
B、通信端口2:
RS-485接口规范。
连接方式:
点对多,半双工方式。
同步方式:
主从应答方式。
数据格式:
1位起始位,1位停止位,8位数据(RTU)
奇偶校验:
允许/禁止,奇/偶
通信速率:
1200/2400/4800/9600/19200bps.
端口数:
1个。
连接电缆:
带屏蔽2芯双绞线。
1.2供电
·供电方式:
安装在机笼任意I/O槽位内,母板供电。
·+5V:
<300mA
·+24V:
<80mA
1.3接线
SP242卡件可以安装在系统机笼内I/O卡件的任意槽位内,接线端子如下图所示:
通信口1(RS232):
RXD(E),TXD(F),通信口1的隔离地(G);
通信口2(RS485):
RS485+(A、C),RS485-(B、D),通信口2的隔离地(H);
1.4数据通信和协议转换的实现
根据用户的特殊要求(通信命令格式、数据类型、数量、表示方式等等)实现协议和数据的格式转换,所以用户必须提供互联设备(如PLC、智能仪表等)详细的通信协议。
目前,该卡还无法在工程师站系统组态中完成与智能设备(子系统)通信的参数设置(包括协议、缓冲区、通信速率、数据格式等),还需要特殊的编程实现。
1.5智能设备的信息采样周期
SP242的通信周期(智能设备的循环采样的周期)与它所联接的智能设备数量、通信波特率、通信数据量、智能设备的工作特性、通信协议等都密切相关。
如果在现场使用中,发现通信周期太慢而导致操作站上对应变量的显示刷新周期很长,可通过增加SP242的数量来分担与智能设备的通信工作量。
1.6SP242卡件的SCnet网络接口
完全符合SCnet的网络规范,SP242卡件的网络BNC通信口的联接规范、网络优先级和网络地址的设置同SP241卡件。
SP242在整个JX-300DCS系统中的作用如下图。
图JX-300网络图
1.7SP242卡件外型
尺寸:
160120mm,符合JX-300系统的卡件物理尺寸规范。
LED指示灯:
故障(FAIL)、运行(RUN)、与智能设备联接状态(LINK)、本卡件与SCnet通信状态(COM)、准备(STDBY)五个指示灯,可直观了解SP242卡的工作状态。
LED指示具体说明如下表:
FAIL
RUN
LINK
COM
STDBY
说明
故障报警或复位指示
运行指示
与智能设备通信指示
网络通信指示
准备就绪
指示灯颜色
红色
绿
绿
绿
绿
正常运行
暗(无故障)
闪
闪亮
亮
暗
2.通信接口卡SP244
通信接口卡(SP244)是通信接口单元的核心,是SCnetⅡ网络节点之一(在SCnetⅡ中SP244处于与SP243X同等的地位),它解决了JX-300X系统与其他厂家测控系统和智能设备的互联问题,具有RS232/RS485通信接口,已实现了MODBUS、HostLink等多种协议的网间互联。
通过网间联接,其他厂家测控系统和智能设备的过程参数可成功地与系统内控制站、操作站等进行信息双向通信,使异种设备成为JX-300X系统的一部分(子系统)。
目前,SP244卡件具有一个RS232的物理端口,RS485需要配置转换模块产生。
通过软件编程可以完成其他通信总线与SCnetⅡ之间的物理层联接、通信协议转换、流量控制、信息缓冲等功能。
SP244的两个端口都以主从应答方式与其他设备通信,而且以SP244为主设备。
SP244具有符合SCnetⅡ规范的网络接口,实现与SCnetⅡ网络的互联,可以与其他控制站或操作站实现数据交换。
2.1SP244通信端口的参数和规范:
A.RS-232C接口规范:
Ø连接方式:
点对点
Ø同步方式:
起—停方式
Ø数据格式:
1位起始位,1位停止位,7/8位数据(ASCII或RTU)
Ø奇偶校验:
无校验/奇校验/偶校验/set校验/clr校验
Ø波特率:
1200/2400/4800/9600/19200bps
Ø端口数:
1个
Ø连接电缆:
3芯通讯电缆
B.RS-485接口规范:
SP244只有一个RS232接口,RS-485通讯接口必须通过RS232/RS485转换模块(型号SP428)对SP244的RS232端口进行电平转换,因此RS-485接口规范参见相应转换模块的技术参数。
图SP244卡通信接口示意图
2.2SP244供电:
·供电方式:
安装在机笼任意I/O槽位内,母板供电。
·+5V:
<400mA
·+24V:
<80mA
2.3SP244接线:
SP244卡件可以安装在系统机笼内I/O卡件的任意槽位内,接线端子如图所示:
Ø通信口(RS232):
RXD(F),TXD(E),地(C、D);
Ø扩展通信口(RS485/RS422):
通过增加配置专用的RS232/RS485转换模块(SP428),实现SP244的RS485/RS422的远程通信和通信总线的电气隔离功能。
图SP244卡件RS232通信口接线示意图
2.4SP244与SCnetⅡ网络接口
SP244卡件的网络BNC通信口的联接规范和网络地址的设置同SP243X卡件。
SP244在整个JX-300XDCS系统中的作用如图。
图JX-300X网络图
2.5数据通信和协议转换的实现
根据用户的特殊要求(通信命令格式、数据类型、数量、表示方式等等)实现协议和数据的格式转换,所以用户必须提供互联设备(如PLC、智能仪表等)详细的通信协议。
例如JX-300XDCS系统与CENTUM-uXL系统实现通讯互联,使用厂家必须向YOKOGAWA索取CENTUM-uXL通讯接口、通讯协议、应用层详细的数据格式定义等技术资料,这是实现两个不同生产厂家DCS互联的技术基础。
2.6智能设备的信息采样周期
SP244通信周期(智能设备的循环采样的周期)与它所联接的智能设备数量、通信波特率、通信数据量、智能设备的工作特性、通信协议等都密切相关。
如果在现场使用中,发现通信周期太长而导致操作站上对应变量的显示刷新周期很长,可通过增加SP244的数量来分担与智能设备的通信工作量。
2.7SP244卡件外型
SP244符合JX-300X系统的卡件物理尺寸规范(160120mm)。
LED指示灯的具体含义与SP243X一致,详细参见系统硬件说明书。
第二章SP244卡与智能设备互联
SP244卡是JX-300XDCS系统的网关卡,其功能是将第三方设备(PLC或仪表等),按其通讯协议,连进JX-300XDCS的系统,成为DCS系统网络中的一个节点,操作人员可以通过DCS系统监控画面监控这些设备的运行。
一.现场连线说明
SP244卡的网络地位与主控制卡一样,它可以插在机笼任意I/O槽位内(不能插在数据转发卡和主控制卡的槽位),其RS232口可从它所在槽位的端子上引出,E——TxD(发送脚),F——RxD(接收脚),C/D——Gnd(接地脚),通过3芯电缆与第三方设备的RS232口相连。
连线的方法是:
SP244卡的RS232口的发送脚对第三方设备的RS232口的接收脚,SP244卡的RS232口的接收脚对第三方设备RS232口的发送脚,地对地连接。
目前,SP244卡只有一个RS232口。
另外,为了对SP244卡下传组态,需要将SP244卡通过冗余网线连接到JX-300XDCS的HUB上,SP244卡的地址也不能与系统中的主控卡冲突。
(详见第一章第五节中的“通信接口卡SP244”)
二.通讯驱动程序的软件编程
SP244卡的通讯驱动程序可以通过SCX语言编写实现,由组态软件下传到SP244卡中运行。
SCX语言提供了使用方便的串行通讯库函数,Modbus协议库函数,HostLink协议库函数。
1.串行通讯库函数使用说明
1.1voidsetcomm(intbps,inttype)
SP244卡串行通讯设置函数,无返回值。
参数一:
bps,类型int,含义为波特率,可选19200、9600、4800、2400、1200Bit/S。
参数二:
type,类型int,含义为通讯方式,可选值为0~8,具体含义如下:
0——8位数据位,无校验;
1——8位数据位,偶校验;
2——8位数据位,奇校验;
3——8位数据位,set校验(第9位始终为1);
4——8位数据位,clr校验(第9位始终为0);
5——7位数据位,偶校验;
6——7位数据位,奇校验;
7——7位数据位,set校验(第8位—最高位始终为1);
8——7位数据位,clr校验(第8位—最高位始终为0);
注:
这9种通讯方式的起始位和停止位都为1位。
例:
setcomm(9600,1);设置波特率为9600,8位数据位,偶校验。
1.2voidsetdelaytime(intms)
设置延时等待时间函数,无返回值。
一条通讯命令若有返回数据,在此命令下发完之后,要过一会才有返回数据;setdelaytime
函数即设置全局的等待时间,当等待时间已到,却未收完返回数据,这条通讯命令就会退出等待,返回-1。
参数:
ms,类型int,含义为等待时间,范围(0,500),单位毫秒。
例:
setdelaytime(100);设置延时等待时间为100毫秒。
1.3voidwait(intms)
设置等待时间函数,无返回值。
在同一段SCX语言程序中,可能会连续执行多条通讯命令,在两条命令之间需要等待一段时间。
参数:
ms,类型int,含义为等待时间,单位毫秒。
例:
wait(50);等待50毫秒。
1.4intgetlastcommtime()
获取一次通讯的时间,返回一个int值。
紧跟在某一条通讯命令后,得到的返回值就是这条通讯命令从发出到收完所用的时间,单位毫秒。
例boolaa[100];
_TAG("return")=readcoil(1,0,100,aa);
_TAG("time")=getlastcommtime();
1.5intread(intsendlen,intbuflen,intsend[],intbuf[])
通用收发命令,返回一个int值。
返回值为0,表示收发正常;
返回值为-1,表示通讯失败(未收全返回数据);
返回值为3,表示收到数据奇偶校验出错。
返回值为4,表示sendlen超出范围[1,200]。
注:
每一条通讯命令(无论何种协议)下发与收回的字节数都被限制在200以内。
在无法提供未知协议的库函数时,可用这条命令进行通讯。
参数一:
sendlen,类型int,含义为下发命令的字节数。
参数二:
buflen,类型int,含义为欲收回数据的字节数。
参数三:
send[],类型int数组,待下发的命令。
参数四:
buf[],类型int数组,返回命令存放区。
2.Modbus库函数使用说明
2.1intreadcoil(intslave,intaddr,intnum,boolbuf[])
读线圈函数,返回一个int值;
注:
Modbus通讯命令的返回值的类型和意义基本一致;
返回值为0,表示收发正常;
返回值为-1,表示通讯失败(未收全返回数据);
返回值为1,表示收到数据头不对;
返回值为2,表示收到数据CRC校验不对。
返回值为3,表示收到数据奇偶校验出错。
返回值为
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