一概述
分散控制系统设计的zui重要的思想是信息集中、控制分散”从其诞生、发展、到现在,数据网都是其中的重要组成部分,它是将dcs的“集中”与“分散”两种思想溶为一体的关键部件。在其发展的初期,各大dcs厂家都为自己的dcs开发了高性能的网络产品,然而随着工业过程控制系统集成化要求进一步提高,对于网络产品的要求不再仅仅是性能的可靠和数据传递能力的优异,网络的开放性能越来越成为衡量其控制系统品质的重要标志。
network6000分散控制系统(英国eurotherm公司产品)顺应了这一发展趋
势,由高到低的ethemet网、lin网、alin网三层主干通讯网络上,ethernet网可与符合以太网通讯协议的外部设备进行通讯;lin网联接分散控制系统的操作员站与t103控制器;alin网完成t103控制器与过程i/o模件之间的通讯。而在t103控制器上设置有rs/485串行通讯口(t103控制器上固化了modiconmodbus协议),可以方便地实现与支持modbus通讯协议的外部实时控制设备进行通讯,由于具有ethernet网、modbus接口这两层开放的数据通讯通道,使得network6000分散控制成为一个*开放的控制系统。
二t103控制器的moudbus通讯协议
netwok分散控制系统t103控制器的串行modbus通讯协议已经固化在t103中,是t103控制器软件的一部分,可方便而灵活地组态;由于modbus是一个公开的异步串行通讯协议,因此其通讯规约对用户来说是*透明的,所以就用户实现network6000与外部实时监控设备的联接而言,其主要的工作就仅仅是理解和确定modbus协议信息格式及其相关参数。
modbus协议是一种含有主从应答和广播两种方式的串行通讯协议,它zui早是由美国gould公司开发并应用于其phc产品,由于该通讯协议具有完善的命令集和简洁明确的组织概念,现时它已经成为一种典型的串行通讯规约,得到了广泛的应用。由于异步串行通讯的速度较低,因此在应用中modbm一般均采用主从通讯方式,在modbus网络上挂接一个主站和多个从站,主站负责整个modbus网络的管理工作,只有它才能主动地在网上传递数据。而以从站号相互区分的多个从站,不能主动地进行网上的任何动作,从站只有在收到主站发出数据要求命令时,它才会向网上发送数据。
t103控制器的modbus接口,采用modiconmodbusrtu方式。modbusrtu协议
的命令字包含命令的起始位、从站号、功能码、数据组、crc校验码。主系统通过命令中的从站号选中欲与之通讯的从设备,利用功能码和数据组向从设备提出数据要求。当从设备接受到主系统的请求数据命令后,按照功能码要求执行相应的动作,其返回的命令字格式也包含起始位、本设备从站号、功能码、数据组、crc校验码。网上设备根据接收的命令字生成crc码,与命令字自带的crc校验码相比较,如果两个crc码相等;认为通讯成功,否则标志着通讯失败。
下面以03功能码为例说明在主从通讯方式下modbus网络上数据传输的一般规则。使用03功能码由从站读取数据是一种常用的方法,其原本的plc概念是readholdingregisters,实际网上数据如表一所示。首先由主站向从站发出数据要求使命令字,例中的从站号是11号,数据组的意义是要求数据的起始地址及数据量。这样一个命令是发向网上的11号从设备,要求从006b开始的3个数据。
当11号从站接收到这样一个命令字后,它将返回如表二所示的命令字,主站要求的功能码原样返回,表示从站已正确地接收到主站要求命令。数据组中,包含了数据组的长度及主站要求的各个数据。在此例中,1l号从站返回了6个字节的数据,分别是022b、0001、0002。当主.站收到这个命令字后,则标志本次通讯完成。
t103控制器中的modbus组态是以modubs数据表为主的对象概念。t103控制器在modubs网上既可以作为主站,也可以作为从站。作为从站时,本站设有从站号,其中的数据组成以一张数据表来表示。在此表中定义了数据在mot,bus网上的地址和数据与t103控制器数据库的连接。作为主站时,其中的数据组成包括zui多16张数据表格,对应于每一张数据表,都有一个站号,以说明这张数据表将和哪个一个从站中的相应数据进行数据传输。
t103控制器zui多可对16个从站进行通讯管理。通讯管理有两种方法:在默认情况下,按顺序对16张表进行循环扫描;也可以控制任意一张表格的数据传输,控制条件是通过t103控制数据进行组态。因此,t103中的modbus组态给我们提供了极大的便利,可以用来完成一些较为复杂的网上行为。
由以上的讨论可知:在modbus上,主站的作用是关键的,其工作状态正常与否,关系到整个modbus的工作是否正常。设计中确定以t103控制器为主站,这主要是基于t103具有较高的可靠性。当然,考虑到数据的流向,将t103控制器作为从站,如果其工作不正常,那么设计中的数据传输也不能完成。因此定义以t103控制器为主站,欲与之进行通讯的设备定义为从站的设计应是一个比较合理的配置。
三通讯能力
如果一个模拟量测点按三位浮点数计算,加上起始位、本设备从站号、功能码、数据组、crc校验码等,平均约有54个bit,如modbus的通信速率选择19200bit/s,通讯负荷按40%计及,则每秒约可传送142个模拟量测点。如欲通讯的外部设备为温度巡测仪,而一般温度巡测仪的扫描速度为两秒1点,一台60点温度巡测仪的扫描周期为两分钟,那么理论上一台t103具有与zui多280台60点温度测仪的通讯的能力,而且不会因为modbus的通信能力影响数据的响应速度。
四应用方案的实施
南京下关电厂2台125mw机组采用neqwork6(x)0分散控制系统实现机组的数
据采集及闭环控制功能。为节省投资,工程实施方案中成功地将六台温度巡测仪(约360点温度参数)及1台soe仪表(酗点开关量参数)通过t103控制器的modbus接口与dcs完成了通讯,实现了检测数据的共享。由于巡测仪的数据传输比较简单,为此对于每一台巡测仪,我们在t103控制器中设计组态了一张数据表,t103控制器周期性地对其发出数据请求命令,完成巡测仪数据在dcs中的刷新;而对soe仪表,只在机组发生事故的情况下,它才需要向t103控制器传递事故数据表。那么t103怎样才能知道soe仪表发生了事故,然后才向其发送数据请求命令呢?方案是为soe仪表设计了两张数据表,一张是事故数据表,而另一张为事故状态标记表。正常情况下,t103控制器定期地向soe发送事故标记的请求使命,一旦发现事故标记位置,则认为有事故发生,于是t103控制器再向soe发出事故表的数据请求命令。而在此modbus网络组态设计中只有t103控制器能够主动地发送数据。这样设
计对于数据通讯能力并有很可很强的串行通讯方式而言,能较大幅度地降低网上通讯的负荷量,合理运用modbus的网络资源是非常有意义的。
在实际方案实施过程中,将modbus的相关参数统一如下:
通讯协议:modbusrtu
串行口类型:rs~422
波特率:9600bps
奇/偶校验:无
数据位:8位字节
停止位:1位
无硬件握手
五结论
这里讨沦的t103控制器的modbus作用类似于现场总线,因此除本案讨论的设备外,电厂其它具备m0dbus接口的控制系统(如程序控制系统)也可以这样的通讯接口形式与network6000分散控制系统进行数据通讯,实现数据共享,这对于提高过程系统集成化程度,降低控制系统成本有着一定的现实意义。
network6000分散控制系统带有modbus这样一个有效的标准串行通讯接口,
使整个系统的网络开放性大为提高。由于modbus的通用性,使得t103能够与各种运行modbus协议的设备互连,同时由于modubs协议的公开性和简单有效,为各厂家开发支持modbus的设备提供了便利。而且,由于network6000系统modbus组态工具方便灵活,更为工程设计人员提供了一个较强功能的串行通讯手段。
纵观分散控制系统的发展过程,展望其发展趋势,我们相信,就系统网络的开放性而言,仅仅是停留在串行通讯的模式上是不合适的;同时,就地安装的dcs远程i/0的发展,也要求推出一种高性能的现场总线,如果能够出现一种通用、标准的、开放的现场总线网络,那么这将是我们所愿意看到的,这将是对包括network6000制造商在内的各dcs厂商提出的一个新课题。
