關鍵詞：現場總線；通訊接口；多路溫度轉換器；接收單元；變送單元；本質安全
    袁漢福(1953－)
（藍星石化有限公司天津石油化工廠，天津  300380），浙江寧波人，現任藍星石化有限公司天津石油化工廠副總工程師，從事煉油自動化的設計、施工等工作。

 

1     引言

    現場總線技術自70年代誕生至今，由于它在減少系統線纜，簡化系統安裝、維護和管理， 降低系統的投資和運行成本，增強系統性能等方面的優越性，引起人們的廣泛注意，得到大 范圍的推廣，推動了自動控制領域的一場革命。 現場總線的功能是：經濟、安全、可靠地傳遞信息；正確使用所傳信息；及時處理所傳信息。經濟性要求現場總線在傳遞信息的同時，解決現場裝置的供電問題，并要求傳輸介質較廉價。安全性要求現場總線解決防爆問題。可靠性要求現場總線解決環境適應性問題，包括電磁環境適應性（傳輸時不要干擾別人，也不要被別人干擾）、氣候環境適應性（要耐溫、防水、防塵）、機械環境適應性（要耐沖擊、耐振動）。 

    2007年藍星石化公司天津石油化工廠重油催化裝置進行設備改造，對接近300點的溫度指示信號采用多路溫度轉換器(MTL800)進行采集，轉換成數字通訊信號傳給DCS系統，依據現場溫度檢測點的分布，在裝置區設置了10個溫度采集箱，所有的溫度信號通過補償導線連接到采集箱，從采集箱通過通訊電纜連接到主控室的DCS系統。上述方案比較直接從現場使用補償導線連接到主控室的DCS中的常規施工方法要節省1/3的施工時間和1/2的費用，其中可以節省大量的DCS的過程通道板卡和安全柵，節省大量的補償導線和輔料及其人工費。系統投用后，達到設計要求。

2     系統結構

    多路溫度轉換器的系統組成由信號變送單元和接收單元組成，熱電偶的毫伏信號(或其它類型溫度信號)進入變送單元后轉換為數字信號，變送單元的數字信號通過安全柵進入到接收單元，現場變送單元與安全柵構成本安回路，從而使得變送單元可以直接安裝在危險區（0區、1區和2區）。多路溫度轉換器的每個接收單元可以帶2個變送單元，變送單元安裝在現場的采集箱內, 每個變送單元最多可以采集16路溫度信號，其供電方式為回路供電，為確保系統可靠性，變送單元與接收單元之間的通訊，以及接收單元同DCS的通訊都采用冗余配制，當發生故障時， 數據通訊系統能夠無擾動地自動切換，并產生系統診斷報警，在切換時保證數據完整,多路溫度采集系統同DCS的通訊協議為 MODBUS-RTU。系統結構如圖1所示。

圖1  多路溫度采集系統結構圖

3     信號變送單元和接收單元設置

    3.1  變送單元地址的設置

    每個接收單元838B-MBF可以和兩個變送單元831B連接，因此必須對這兩個831的地址和信號輸入類型進行定義。開關設置的方法是：打開831B的上蓋，找到兩個開關，SW100和SW101。SW100是用于定義地址，如01或02；SW101適用于定義輸入類型的，如熱電阻或熱電偶。831B在初始狀態是：地址為01，輸入類型為熱電偶。變送單元地址開關如圖2所示。
　    3.2   接收單元地址的設置

    3.2.1定義和上位機通訊的地址參數。

    打開838的上蓋，在838上一共有4個狀態開關，見表1。SW101用于設置838的MODBUS 地址，如當地址是1時，SW101 的設置狀態如下：

           1  2   3   4   5   6   7   8

    SW101 ON OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF
 
    表1   轉換單元地址開關狀態表：        3.2.2定義和上位機通訊的通訊參數

    SW301 是用于設置通訊狀態的，見表2 。

    如果通訊為：波特率9600，起始位1，停止為1，奇偶校驗為none，SW301的設置狀態如下：
 
           1  2   3  4   5   6   7   8

    SW301 ON OFF ON OFF OFF OFF OFF OFF
 
    表2  轉換單元通訊參數狀態表：
3.3   用PC機上的RS232接口同838進行通訊

    上述步驟完成后,在與DCS連接前,需要進行簡單組態,首先將838上的MODE和COM端（4和5）用線短接后，將838的24VDC 斷電后再送電，這樣可以觸發接受單元的組態通訊口（RS232接口），在PC 機與接收單元建立通訊后，利用專用組態軟件對現場輸入信號類型、變送單元數量、開路報警狀態等進行組態。當組態完成后，將短接線拆掉并重新對838進行電源開關復位，這樣轉換單元838才能同DCS進行通訊。
通過上述步驟,可以完成對變送單元和轉換單元的組態設置。

    3.4   接收單元同DCS的通訊參數設置

    3.4.1參數設置

    波特率：9600Kbps；

    數據位：8；

    停止位：1；

    奇偶校驗：非奇非偶校驗 (NONE）；

    節點地址：1—3、4—6、7—9；

    熱點偶類型：K、E。

    3.4.2 起始地址

    每個838傳送的地址從30015開始，每個通道的地址詳見表3。現場來的溫度值已由838擴大了10倍，因此DCS在收到傳送的數據后需要除10進行還原。　　

    表3  接收單元通道地址分配表：
4     DCS系統中程序說明

    整個系統共有9個接收單元，每3個接收單元為一組，每組中的3個接收單元的通訊接口進行并聯后，接入DCS系統，DCS系統中安裝3塊采集卡，分別是1、2、3#模塊，DCS中的每塊采集卡采集3個接收單元的數據，如圖3所示。DCS采集卡可帶不止3個接收單元，要根據生產裝置數據刷新時間要求和DCS系統掃描時間而定。

圖3  接收單元與DCS連接原理圖

    程序采用SCX語言編制，此語言類似C語言，主要程序如下:

int phase,error;
main()
{
 long j;
 int i, a[32];
 float  f;
sfloat sf,te[32];
setcomm(9600,0);  //波特率
setdelaytime(250);//設置延時等待時間, 當等待時間已到，卻未收完返回數據，這條通訊命令就會退出等返回-1.
// 1#模塊讀取程序
     if (phase==0)   //設置讀取周期
     {  
     TAG("RETURN1")=readinputreg(1,14,32,a); //讀溫度，1個寄存器存放1個溫度，30014為起始寄存器的地址, 讀1號地址的智能設備中，14號輸入開始的32個輸入的狀態，其狀態值存放在事先定義的sfloat數組中。
     setdelaytime(250);
                    if(_TAG("RETURN1")==0 )   //通訊成功
{
for(i = 0;i < 32;i= i+1)      //讀取模塊中的32個寄存器
    {
 f = itof(a[i]);
 f=f*0.1;             //縮小10倍,還原被接收單元放大的數據.
 f = f * 0.001;           // 實際溫度量程（0～1000℃）
 te[i] = ftosf(f);        // 溫度用sfloat位號組態
 _TAG("TI-105-01")[i]=te[i]; //將模塊寄存器中數據依次存放于組態位號中，組態位號次序由自定義變量序號決定.
 }
}
}
if (phase==1) //為防止數據丟失，連續讀取第2個周期，與第一周期讀取設置相同。
{  
  _TAG("RETURN1")=readinputreg(1,14,32,a);
  setdelaytime(250);
  if(_TAG("RETURN1")==0 )
{
for(i = 0;i < 32;i= i+1)
  {
  f = itof(a[i]);
  f=f*0.1;                //縮小10倍,還原被接收單元放大的數據.
  f = f * 0.001;         // 實際溫度量程（0～300℃）
  te[i] = ftosf(f);
  _TAG("TI-105-01")[i]=te[i];
}
}
}
//2#模塊讀取程序，功能同1#模塊
//3#模塊讀取程序，功能同1#模塊
 phase=phase+1;//主控卡運行周期+1，讀取周期+1
 if  (phase<0 OR phase>5)//限定讀取周期，每2個周期讀取1個模塊，讀取完3#模塊后周期清零重新從1#模塊開始讀取，保證數據的刷新。
 {
   phase=0;
 }
 }          

5     結論

    多路溫度轉換器的應用，核心技術是解決與DCS的通訊問題。所以采用標準的通訊協議(如MODBUS-RTU協議)可以實現與各廠家的DCS系統進行通訊。每家的產品都具有不同的技術特點，其設置方法和調試要求也不盡相同，要針對通訊技術的要求，選擇正確的運算方法，進行程序編制。但采用一個多測量點、寬量程的智能溫度測量應用系統，其應當結構簡單、價格便宜、量程寬、有較高的可靠性、安全性及實用性。上述問題的解決方法具有普遍使用意義，可以供大家參考和借鑒。

參考文獻：

    ［1］ 沙占友. 智能化集成溫度傳感器原理與應用［M］. 北京：機械工業出版社，2002 .

    ［2］ 王常力，羅安主編．集散型控制系統的選型與應用[M]．北京：清華大學出版社，1996．

圖2  變送單元地址開關圖