浙江中控集散控制系统与图尔克远程分布式I/O及电动机控制系统在制药项目中的应用

余俊宁

（身份证号码：330781199706231112，浙江 金华 321106）

随着现代工业工厂自动化和智能化的快速发展，大型制药化工项目的模拟量和数字量的输入/输出点位很多，控制系统项目复杂性也很高，因此对大型制药厂的自动化和智能化DCS控制系统水平的要求也愈发提高，而工厂最重视的当然是集散控制系统的稳定性、控制精度以及响应速度。目前市场上的DCS系统制造商的价格参差不齐，但用户对于数据传输的高精度、高稳定性、快速性的要求是永恒不变的，因此在工程实践中经常存在不同厂家的产品和系统需要在上位机集成，而搭建它们之间数据交换的桥梁是工业以太网、串行通信等通信协议。文章主要介绍浙江中控ECS-700 DCS系统与现场图尔克远程分布式I/O及电动机控制系统通信在大型制药工程中的应用。

1 浙江中控ECS-700系统介绍

ECS-700系统是浙江中控的SUPCON WebField系列DCS控制系统，具有对大型联合机组的综合管理能力。该系统的设计充分考虑了大型工厂信息共享和协同工作的需要。其集成的系统结构和一系列应用软件可以帮助用户及时获取决策信息，与不同部门的人员协作，降低维护成本，提高生产效率[1]。

ECS-700系统具有开放的数据网络接口，便于与上层信息系统进行数据交换，可以充分满足企业信息管理系统的各种实时车间生产信息显示和观察的要求。与此同时，ECS-700系统具有灵活的系统网络架构以及在线扩展系统的持续性，最终目的是减少工厂日后扩展系统所需要的大量投资。

2 系统架构

2.1 DCS上位机系统

上位机采用浙江中控ECS-700集散控制系统对车间装置、公用工程以及成套设备等各种运行或故障状态下的有效数据进行监视与控制。电动机系统采用马达保护器及变频器通过串行通信（RS485）或西门子工业以太网通信方式Profinet通信进行数据采集与现场控制。下文叙述的项目中DCS与远程分布式I/O将采用工业以太网EtherNet/IP通信，马达保护器采用RS485通信，变频器采用Profinet通信的方法进行通信配置。

2.2 ECS-700系统及远程分布式I/O硬件构成

浙江中控ECS-700集散控制系统由以太网交换机、光纤接续盒、冗余控制器（FCU712-S01）、以太网通信模块（COM725-S11），其专门用于与图尔克远程I/O工业以太网EtherNet/IP连接使用。以太网通信模块（COM723-S），其是西门子工业以太网通信方式Profinet通信中控下位机主站卡件、I/O机架、模拟量输出信号带可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议（Highway Addressable Remote Transducer，HART）的卡件（AO711-H11）、模拟量输入信号带HART卡件（AO711-H11）、数字量输入信号卡件（DI711-S11，其查询电压为24 V，若传输的是标准的NUMER信号，则需增加数字量输入隔离型安全栅）、数字量输出信号卡件（DO712-S11）以及RS485串行通信模块（COM741-S01）等硬件组成；图尔克远程分布式I/O由工业以太网EtherNet/IP网关（GEN-3G en）、底板（MT24-3G）、电源模块（PSM24-3G）、模拟量输入集成安全栅一体化卡件（AIH401EX）、模拟量输出集成安全栅一体化卡件（AOH401EX）、数字量输入集成安全栅一体化卡件（DM80EX）、数字量输出集成安全栅一体化卡件（DO401EX）等硬件组成，可使用于防爆2区，网络应用层使用EtherNet/IP工业以太网与浙江中控ECS-700 DCS系统上位机进行以太网通信连接，达到数据传输和显示的目的。

2.3 系统网络架构组成

浙江中控集散控制系统（V4.2版本）的系统结构软件、组态管理软件以及监控和运行软件应用于制药项目的系统上位机组态，图尔克远程分布式I/O用于防爆现场数据的采集，马达保护器和变频器用于车间电机的控制和保护，图尔克远程分布式I/O与DCS上位机COM725卡件的通信，如图1所示;马达保护器通过屏蔽双绞线连接于COM741卡件与上位机通信，如图2所示，因RS485通信较简单，下文不会详细展开叙述；变频器用Profinet通信，则需要1个交换机，先将多个变频器单独网口分别通过超五类非屏蔽双绞和水晶头组合线连接于交换机上，然后交换机通过超五类非屏蔽双绞和水晶头组合线连接于COM723卡件进行通信，具体图例如图3所示。

图1 COM725的网络架构

图2 马达保护器与上位机RS485通讯简图

图3 变频器与上位机Profinet通信简图

3 EtherNet/IP和Profinet网络通信设置

3.1 EtherNet/IP通信设置

浙江中控ECS-700 DCS系统的COM725-S11以太网通信卡件作为EtherNet/IP以太网通信的主站通信口，目的是把标准EtherNet/IP以太网通信从站图尔克远程分布式I/O接收到的现场数据集成到ECS-700系统中来，其IP地址需在软件中设置成“192.168.*.*”的格式。现场及机柜内硬件系统完成搭建后，通过浙江中控DCS系统结构软件、组态管理软件进行网络架构的组态以及COM725-S11以太网通信卡件和远程分布式I/O的各项数据设置组态，主要设置的数据包括数据类型、组态长度ID号、IP地址、输入/输出通道字节数等[2]。主要配置过程参阅浙江中控EtherNet/IP使用手册，在这里不做过多详述。

图尔克远程分布式I/O作为从站，其通过图尔克组态修改软件（TurckServiceTool_V3.2.2.0）对分布式远程I/O各类型卡件进行参数的编辑和修改，其需要编辑的参数包括IP地址、组态长度ID号、输入/输出通道字节数等，上述列举的所有参数必须要与DCS上位机所设置的参数对应[3]，否则会通信不上，可上图尔克官网详细查看使用说明书，这里不过多详述。

ECS-700系统与图尔克远程分布式I/O系统通信组态。浙江中控ECS-700集散控制系统组态管理软件中的EtherNet/IP网络配置组态管理软件（CIPCon）作为EtherNet/IP主站通信的DCS上位机软件，其可以配置主站以及从站的相关详细参数，只有当DCS上位机卡件主站的参数配置和远程分布式I/O从站的参数配置相对应时，才能搭建一个完整的通信桥梁。

3.2 Profinet通信设置

DCS主站通信模块COM723-S作为一个西门子工业以太网Profinet主站接口，目的是把标准西门子工业以太网Profinet变频器从站接收到的现场数据集成到ECS-700系统中来，其IP地址需设置为“192.168.*.*”的格式。现场机柜内变频器和中控通信卡件硬件系统完成搭建后，通过浙江中控DCS系统结构软件、组态管理软件进行网络架构和必要参数的组态[4]。主要配置过程参阅浙江中控Profinet使用手册，在这里不做过多详述。

整个网络通信回路中，西门子变频器作为从站，可通过配置MOP面板对变频器通信端口的参数进行组态，目的是让其和DCS上位机的组态参数相对应，具体参见西门子变频器的官方使用手册，在这里不做过多详述。

ECS-700系统与西门子变频器通信组态。中控DCS组态管理软件中的西门子工业以太网Profine组态管理软件（PNCon）作为DCS与变频器Profinet通信的上位机软件，其可以配置主站以及从站的相关详细参数。当然在这之前还有一个最重要的步骤就是把西门子工业以太网Profinet通信配置文件（GSDML），可自行去西门子官方网站下载得到，组态前先将西门子变频器设备Profinet通信配置的GSDML文件通过浙江中控PNCon组态管理软件界面，选择菜单命令【文件/导入GSDML文件】导入，操作成功以后，可以开始西门子工业以太网Profinet通信组态[5]，具体配置过程参见浙江中控PNCon软件使用手册。

4 网络通信数据组态及显示

在浙江中控ECS-700集散控制系统界面中运行系统组态管理软件，打开相应默认工程，然后在“硬件配置”中添加EtherNet/IP或西门子工业以太网Profinet通信模块，然后启用CIPCon或PNCon通信组态画面，设置主站和从站IP地址、数据长度、输入/输出通道字节数等参数，最后保存组态配置。然后打开DCS组态管理软件，鼠标点击菜单（操作-扫描通道位号-配置通信位号策略）等一系列操作之后，就可以将远程分布式I/O或者西门子变频器通过通信传输过来的数据以扫描新增位号的方式增加至位号表相对应的数据地址中。具体参见浙江中控VisualField用户手册、EtherNet/IP使用手册以及浙江中控PNCon软件使用手册。

通信桥梁搭建完毕之后，打开浙江中控Visual－Field V4.2组态管理软件进行编程组态，具体操作步骤为鼠标点击控制站右击选择从组态服务器打开控制站，然后编辑位号表，对扫描新增的通信数据位号进行参数配置，具体参数包括位号、详细描述，量程范围、原始码值、线性转换、数据单位等。等数据配置完成之后，通过编译下载、保存到组态服务器、同步操作组态和组态发布，最终在监控运行软件上进行操作与监控[6]。

5 结束语

当制药化工新建项目防爆车间I/O点位超过10 000点时，就可考虑参考本文上述几个章节所叙述的使用集散控制系统DCS上位机加远程分布式I/O的方案配置，两者间通过网线和光纤连接通路，这样的配置可以节省很多本安电缆和不必要的槽盒、桥架的费用，而且后期维护的时候，员工能在现场迅速地查明原因和解决问题，最终能为公司工艺生产保驾护航，避免不必要的经济损失。

综合这几年国内外在制药项目上所运用的控制方案，该方案在制药大型项目（模拟量和数字量输入/输出点位非常多）中得到用户的青睐，目前，整个系统网络通信运行稳定。工业以太网EtherNet/IP、西门子工业以太网Profinet现场控制总线作为工业控制器的网络通信协议，具有安全性高、传输速度快、稳定性好等特点，随着远程分布式I/O的普及，以及工厂电气仪表偏向智能化和统一管理化，各种厂家控制系统差异化都将在上位机达成统一管理，从而达到现场控制和监控的便利。在今后，这种形式将会越来越多。