多路温度采集器在广西石化的应用

2015-12-11李春峰

仪器仪表用户 2015年4期

关键词：卡件采集器组态

李春峰

（抚顺石化工程建设有限公司，广西钦州 535008）

0 引言

温度是石化行业最重要的测量参数之一，在部分装置大型反应器上，有大量的温度需要进行测量监视。在一般的解决方案中，是将现场温度通过温变连接至DCS系统AI卡，或者通过导线进入DCS系统TC或RTD卡件。

广西石化大量采用多路温度采集器，通过Modbus通讯将现场温度信号送入DCS内。达到测量监视的目的。

通过通讯的方式监视现场温度，在保证测量精度的同时，还能减少现场电缆的数量，节省DCS通道数量。

1 Modbus协议

Modbus协议目前已经广泛用于工业生产、协议中，只能有一个主站，其他为从站，从站地址唯一，范围从1～255。它采用主从应答原则，主站发出命令，从站响应主站的请求，从站之间不能通讯。本应用中，采用横河ALR121通讯卡作为主站，Moore温度采集器作为从站，最多从站数量为32个。结构图如图1。

Modbus的通讯距离与波特率、电缆线径、电容、阻抗特性、Modbus结构、通讯负荷有关；例如在选用波特率为9 600情况下、采用AWG26电缆（相当6类双绞线），两线制连接通讯距离为1 000 m；四线制连接通讯距离为500m；采用5类双绞线两线制连接通讯距离一般600 m；四线制连接通讯距离300 m。MODBUS SLAVE节点数量与通讯距离的关系：没有中继器的情况下一般最多32个SLAVE;分支电缆长度一般小于20 m；每段分支一般要小于40/分支数量；例如有10个slave节点，那么每段通讯电缆一般来说要小于4m[1]。本应用的实际情况为从站都安装在一个机柜内，数量在10个以内；同时主从站的机柜距离都小于40 m，因此，满足上述距离的要求。

图1 结构图Fig.1 Structure diagram

图2 TCM接线图[3]Fig.2 Wiring diagram of TCM

2 Moore温度采集器

Moore温度采集器由两部分构成：TCM(Temperature Concentrator Module）和 HMC(HART-Modbus Converter),它们之间为HART协议通讯，可以连接HART设备（375、475等）对TCM进行组态。

HART协议通讯支持模拟信号和数字信号在同一线路上传输，其传输速率为：在4～20 mA DC模拟信号上叠加FSK数字信号时为1 200 b/s，用屏蔽双绞线单台距离可达3000 m；而多台互连距离可达1 500 m。采用双绞同轴电缆作为传输介质时，最大传输距离可达1 500 m[2]。对于一般的炼油装置，测量点到仪表机柜间的距离都小于500 m，采用屏蔽双绞线完全满足HART通讯距离的要求。本应用中在机柜内HART通讯线路上加装了型号为MTL5042的隔离栅，成为本安型系统，因为本地区雷雨较多，所以又在隔离栅前加装了型号为SD16R的防雷栅。

2.1 TCM（Temperature Concentrator Module)

TCM设置在测量点附近，安装在防雨接线箱内，它有16个通道，可以接热电阻、热电偶和类似的阻值、毫伏信号。接线方法可以参照图2。图中热电偶接在通道0上，正极接端子1，负极接端子3；两线制热电阻接端子1和3；三线制热电阻接端子1、2和3；四线制热电阻接端子1、2、3和4。

电脑串口组态窗口设置，当选HART Mode时，TCM被独立使用；只有Mode被选为 TCS Mode时，TCS和HMC才能作为整体使用，因此，这里选TCS Mode，Module中的1和2是TCM的编号，现场一般是两个TCM,一个设置为1，另一个为2。Configure中的Channel项可以设置0到15的通道号，每个通道中Input Type项可以选择热电偶类型和热电阻类型等测量元件。Filter的选择是电源的频率为50Hz。Lower Rang和Upper Rang设置根据Input Type中所选测量元件。Sensor trimming可以改变测量元件的测量值变为设定值。这里不介绍其它没有应用到功能。

2.2 HMC(HART-Modbus Converter)

需要24 V供电，单独给TCM供电和由HMC给TCM供电，HMC的接线是不同的；隔离栅需要单独供电的和隔离栅不需要单独供电的，HCM的接线又有所不同。详细接线可以参见 Moore温度采集器电子说明书中的接线图，本应用的接线图参见图3。

图3 HMC接线图Fig.3 Wiring diagram of HMC

电脑串口组态中，HART项→Number of Reties项设置为1～9，它是HART连接失败后，尝试重拨的次数。TCM 1 Enabled和TCM 2 Enabled打勾激活后可以监视TCM各通道PV值和状态。Alarms项可以选择TCM1和TCM2的报警状态。这里只选NO HART,就是没有HART连接时在HMC上对应的FAULT灯变红。如果Fail Safe项打勾并且报警出现会触发对应的继电器动作，可以连接其它的系统。MODBUS项可以设置MODBUS地址、波特率、奇偶校验位，它们与ALR121卡保持一致。Floating Point Word Order项中可以选择高位字和低位字的登记顺序。选择Standard LSW时，ALR121卡中Reverse必须定义为Words。Failed TCM’s Register Value项选择Hold Last，就是数据中断后保持原来的值。HMC支持16 Bits保持型寄存器的信号传送。寄存器的地址范围是40 001到40 064，其中每两个地址对应TCM的一个通道，即是40 001和40 002是一个通道；40 003和40 004是一个通道……40 063和40 064是一个通道。前32个地址属于TCM1，后32个地址属于TCM2。

3 CS3000系统通讯卡及内部组态

本例中选择ALR121卡，它为Modbus RTU模式，RS-422/485通讯口。先将卡件插入所选槽内。接着在工程师站选择开始菜单→system view→控制站→IOM→node，创建新卡时，在category中选择serial communication,在Type中选 ALR121（RS-422/RS-485 Serial communication interface）接着根据卡件插入的位置，在slot中设置卡件位置。本应用不是冗余卡，不需要在Duplicate Next Card项上打勾。Card Common选项中Connection Device为MODBUS.在port1或port2中设置波特率、奇偶校验位、停止位等，必须与温度采集器保持一致。对于2-Wire和4-wire设置，这里选择2-Wire，接线时，HMC的A端子接ALR121卡的RX+端子；HMC的B端子接ALR121的RX-端子。编辑窗口各项介绍如下：

Element number为每行的地址，从%WW0001到%WW2000,每行都是16bit的二进制数；

Buffer size定义需要的总行数；

Program name定义ALR121卡的位置，根据卡件的实际位置定义；

Size定义需要的行数,它的数值要小于Buffer size的数值；

port定义ALR121卡port口，数值为1或2，根据实际接口选择；

Station定义MODBUS地址，即是每个HMC已经设置的MODBUS地址；

Data Type定义数据类型，本应用定义为Input（32-Bit Floating）；

Reverse定义32位浮点数据的高16位和低16位的接收顺序，这里定义为Words，对应HMC的Floating Point Word Order项选择Standard LSW。

Scan为扫描速度，定义为Normal；

Service Comment的定义可以替代Element number的地址用于功能块的连接；

Device＆Address项定义对应TCM的通道地址，ALR121读取16Bits保持型寄存器的字母代码可以为A、B或者C,本应用中我们选择A，那么每行定义的内容为A40001到A40064的地址。

下装组态后，可以在横河工程师站的监视画面上看到每个地址发送来的16Bits数据。