通过智能串口协议实现DCS之间的通讯方式

（新疆石河子天伟化工有限公司天伟自备电厂，石河子市，832048）孟丹

通过智能串口协议实现DCS之间的通讯方式

（新疆石河子天伟化工有限公司天伟自备电厂，石河子市，832048）孟丹

针对MODBUS协议中双方必须遵守主从站方式，火力发电厂DCS系统的重要性、安全性上，通讯协议只能为主站，两个DCS系统就无法通过传统的modbus协议直接通讯，必须通过智能串口协议转换模块实现DCS系统之间的通讯。

ECS700；Modbus协议；串行通讯；协议转换

热电产业内，为达到国家环保要求，均采用了SCR脱硝技术，因需要大量使用氨，故设立了氨站。为全厂脱硝提供所需氨气，而氨气属于危险化学品，有毒且易发生爆炸，并有泄漏的可能，故氨站成为了电厂内重点防护地方。氨站通过把液氨汽化后供给锅炉SCR系统，氨站系统为了安全性，设计为独立系统，与SCR区无数据通讯，且管线过长。两边的重要参数就需要互相联系，随时调整工况。以浙大中控ECS-700 DCS系统为基础，分析了DCS控制系统与DCS控制系统通过第三方之间通讯，实现了双方都以ECS-700 DCS系统互为主站，SS-431系统中转从站的方式，基于Modbus协议的串行通讯网络，解决了浙大中控ECS700系统之间互为主站的通讯方式。

1 问题的提出

难点在于氨站未设置为单元机组DCS系统远程I/O站，如果将氨站与主机的数据以硬接线方式进行4～20mA模拟量电流传输的话，电流信号将会因线路过长衰减或因电磁干扰而失真，数据将偏差较大或失准而无法监控，经过比较分析，最终采用以下技术方案：

采用串行通讯方式解决数据传输问题，即将氨站ECS-700 DCS系统与主机ECS-700 DCS系统进行通讯。但新的问题又出现了，两边都是DCS系统，作为DCS系统只能为主站，不能做从站。所以两边无法直接通过串行通讯方式连接，多方调研，在两个DCS系统之间增设智能串口协议转换模块SS-431。

2 ECS-700系统

2.1 系统简介

WebFieldECS系统是致力于帮助用户实现生产过程自动化的大规模联合控制系统，继承和发展了中控多年来积累的过程控制经验和核心技术，融合了最新的大规模组网技术、现场总线技术和信息管理技术。ECS系统的强大功能和高可靠性可以全面帮助企业提升生产效能。ECS系列控制系统经过多年的实际运行考验，被公认为是最成熟的过程控制系统之一。

2.2 现场总线及与第三方通讯

ECS-700系统支持HART、PROFIBUS、FF、MODBUS、EPA等多种现场总线协议，并提供相应现场总线接口模块，所有现场侧信号与系统侧采用光电隔离，保证故障对系统的影响最小。

2.3 串行通信接口

串行通信模块（COM741）为支持MODBUS协议的第三方设备与ECS-700系统之间提供通信接口。互为冗余的COM741模块安装于同一基座上，分别与第三方设备相连，同时读写数据。

2.4 打开串口通信组态软件

在硬件组态中，选中串口通信模块，点击菜单命令[操作/通信组态]或者右键菜单中的“通信组态”功能，进入串口通信组态软件，对模块进行配置。

2.5 设置串口参数

串口参数包括：

端口：不可更改。

模式：支持Modbus主站、自定义主站。

物理接线：可选择RS232和RS485。

波特率：可选择1 200、2 400、4 800、7 200、9 600、14 400、19 200、38 400和57 600。

数据位：支持8、7、6、5个通信数据位，可根据不同协议需要进行选择。

停止位：支持1、1.5、2个停止位，选择时可参照表1。

校验方式：可选择无校验、奇校验、偶校验、标志校验和空格校验。

设备数：软件会根据实际配置情况自动计数，不可更改。

命令数：软件会根据实际配置情况自动计数，不可更改。

数据位与停止位存在一定的关系，使用不同的数据位时只能使用相应的停止位，下表说明了可用情况，标“√”表示该种组合可用。

表1 数据位/停止位匹配关系表

一条串行总线即一个串口可挂接多个设备，但只支持一种通信协议。

2.6 添加设备和设置设备参数

选中COM串口，点击工具栏的按钮，增加设备。选中设备，在右边的属性页中设置设备的设备参数包括：

名称：设备名称，可修改。

（2）通过3kW立磨机试验知，在现有条件下，系统平台较佳工况条件为：研磨介质直径7mm，介质充填率30%左右，磨机转速30Hz左右。

模式：在串口参数设定中设定后便不可修改。

地址：范围0～255，此参数在位号组态软件中执行位号扫描时，作为位号地址的一部分，帮助区分各个位号，与通讯协议中的地址无关。

实际地址：PLC拨码地址，一条总线上拨码地址必须唯一，在自定义协议模式下，此参数无效。（该参数在软件版本为VisualField V3.1+SP01（含）之后新增加）。

ID号：不可修改，编译保存后自动生成。

响应时间：设备响应命令的超时时间，单位ms。设置为0时，串行通信模块内部自动调整。

间隔时间：命令间隔时间，单位ms。该参数表示两条命令之间需要插入的等待时间。设置时间太长将使得命令执行周期加大。

命令数：不可修改，显示当前该串口下已组通讯命令数量。

2.7 添加Modbus命令和设置Modbus命令参数

只有当串口的模式参数设置为Modbus主站（即设定的协议为Modbus）时，才能添加Modbus命令。命令属性：

名称：命令名称，可修改

模式：不可修改。

命令号：不可修改，自动生成。

命令类型：不可修改，根据功能号自动转换。周期：范围（0～65 535）；命令执行的周期，单位ms。

设备地址：不可修改。

开始地址：MODBUS协议的起始地址，范围是1～65 535。MODBUS协议起始地址从1开始，即如果对设备0～15线圈进行操作，组态应设置为1～16。若设置起始地址为0，软件将自动将其设置为1。

数量：从起始地址开始算起需要处理的线圈或寄存器的数量，该数量范围与Modbus协议、ECS-700系统规模及模块缓存区大小有关。

数据长度：不可修改，自动计算生成。

位号信息：该设置描述了串行通信模块从智能设备中获取（或写入）的数据，与控制器位号的对应关系。智能设备中的数据根据该对应关系，对应到控制器的相应位号。

位号类型：位号自动扫描时将根据此处所选位号，在位号表软件中生成相应的位号类型。

位号数量：根据位号类型及需要处理的线圈或寄存器位号的数量，由系统自动生成。

3 智能转换模块SS-431

3.1 产品功能

λ连接百种串口协议设备到Modbus总线；

λ整合多个Modbus协议的设备，使多达近百个Modbus设备如同一个设备那样被访问；

λ无需PLC、PC等主站设备，即可使Modbus从站设备互相交换数据；

λ无需开发Modbus协议，即可使用简单的协议轻松连接Modbus设备。

3.2 产品特点

凡具有RS-232/RS-485接口的设备都可以使用本产品实现数据的交换和传递。

3.3 配置开关

SS-431上电后双击指示灯下方的SET按钮，进入配置模式。用户可以通过两个串口中的任意一个将SS-431连接到PC，如果使用的串口为RS-485，则还需使用RS232/485转换器才能将SS-431连接到PC，并使用网关配置软件SS-123配置SS-431。

3.4 配置模块

使用SS-431的几个步骤：按照说明书完成硬件接线；

将两个串口中的一个串口连接至PC串口（PC串口为RS-232标准，如果接的是RS-485口，需要RS232/RS485转换器进行转换再连接）；

给SS-431上电，然后双击SET按钮，SS-431进入配置模式，电源灯常亮，模块灯灭掉；

使用网关配置软件SS-123对SS-431进行配置，配置完成后关闭SS-431电源；

给SS-431重新上电，即进入正常运行状态。

3.5 软件配置

对模块进行参数配置需要配置软件SS-123。配置之前，用户需要安装产品光盘中的SS-123。

用户使用网关配置软件SS-123可以轻松完成SS-431的配置，包括串口工作模式（通信协议类型）、及串口参数：串口通信波特率、奇偶校验、停止位等，并可对网关内存映射数据进行冲突检测。

3.6 数据交换

SS-431的两个串口之间的数据转换通过“映射”关系来建立。在SS-431中有两块数据缓冲区，一块是输入缓冲区（1K字节），另一块是输出缓冲区（1K字节）。

Modbus主站读命令将读取的数据写入到网络输入缓冲区，供Modbus从站或自定义从站侧读取。Modbus主站写命令从输出缓冲区取数据，通过写命令输出到相应的Modbus从站设备。

3.7 配置前注意事项

SS-123是一款基于Windows平台，用来配置智能串口转化模块SS-430及SS-431相关参数及命令的配置软件。

3.8 用户界面

SS-123的界面包括：标题栏、菜单栏、工具栏、状态栏、设备版块、配置版块和注释版块。

备注：在该软件中，所有的灰色部分为不可更改项。

协议类型选择Modbus从站

可配置参数为：

Modbus通讯波特率、数据位、奇偶校验方式、停止位、从站地址、通讯传输模式。

通讯波特率：300，600，1200，2400，9 600，19 200，38 400，57 600，115 200bps可选

数据位：8位

奇偶校验方式：无、奇、偶、标记、空格可选

停止位：1、2可选

4 结束语

自从主机DCS系统与氨站DCS系统通讯好后，两边数据进行了互通，保证了设备的安全性，可以为两边调整做出了参考数据。与此同时，我们也实现了DCS系统互为主站的通讯方式，为今后更多的通讯方式奠定了基础。

[1]浙大中控ECS-700硬件手册

[2]智能串口协议转换模块说明书。

[3]李桢。DCS与PLC的Modbus协议通信在石油化工的应用[J].计算机应用与软件，2009,26（4）

TM621

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1008-0899（2016）04-0001-03