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董永卿

1  概述
塔里木石化廠氣體分餾裝置采用了熱泵技術，其核心設備為SRL451離心式丙烷壓縮機，驅動設備為NSL25/20蒸汽透平，控制系統采用了GE9070 PLC，雙冗余，熱備，上位機安裝了WinNT4.0操作系統，組態軟件是CIMPLICITY，PLC組態軟件是LogicMaster 9070。整套壓縮機系統的現場檢測、調節、控制和系統聯鎖自保等功能全部在GE9070 PLC上實現。蒸汽透平的速度調節由WoodWard505實現，壓縮機和透平的超速檢測、軸的徑向振動和軸向位移的檢測由Bently3500檢測系統實現，以上兩個系統除個別信號外，全部通過RS422口與GE9070 PLC的PCM卡進行了數據通訊。同時，由于壓縮機作為氣體分餾裝置上的一部分，其檢測控制的數據中，重要的部分，原設計將在PROVOX Ⅱ DCS上進行實時顯示。2000年8月系統調試時，Bently3500和WoodWard505調速器與GE9070 PLC的通訊表現正常，本文主要探討有關GE9070與PROVOX Ⅱ DCS的通訊問題。
2  GE9070與PROVOX Ⅱ DCS通訊的實現
原設計為GE 9070 PLC與PROVOX Ⅱ DCS的通訊是通過PLC的CMM卡（通訊協處理模塊）與DCS的IDI卡（智能設備接口卡）之間完成的。CMM卡使用PORT 2，物理接口為RS422，PLC通訊軟件配置如下：
  接口方式：RS485 半雙工
  通訊協議：MODBUS RTU
  波特率：9600
  數據位：8
  停止位：1
  奇偶校驗：NONE
  設備地址：1
根據PLC的通訊設置，DCS的IDI卡的組態為：
  IDI卡邏輯地址（H-D-F-C）：1-11-2-8
  通訊端口：PORT 1 RS485/422
  端口類型：HALF  DUPLX RS422/485(半雙工RS485/422)
  通訊協議：MODBUS RTU
  波特率：9600
  數據位：8
  停止位：1
  奇偶校驗：NONE
 

(1)  主通信線接線圖

 (2)  副通信線接線圖

圖1  主副通信線接線圖

3  問題的引出及處理方法
把CMM卡和IDI卡按上述參數配置以后，根據圖1接線完畢，把IFC-111控制器進行生成下裝，發現PLC 的CMM卡的PORT2通訊指示燈不閃爍，IDI卡的ACTIVE指示燈不亮，由此可以斷定PLC與DCS之間的通訊沒有建立，在檢查通訊線路沒有問題以后，主要從以下幾個方面對問題進行隔離：
(1)  PLC的CMM模塊的物理接口與軟件配置方面：從接線圖1可知，從CMM的PORT2引出的是6條通訊線，而且CMM的物理接口選用的是RS422（沒有RS485接口），筆者通過LogicMaster軟件進入PLC的CMM模塊的配置項發現，端口類型只有RS232和RS485兩個選項，此處設置為RS485。當時筆者就認為是PLC的軟件設置與CMM的物理接口配置不匹配而出現了不能通訊的問題。但查找了有關CMM卡和LogicMaster軟件的資料，確認該軟件版本兼容該CMM卡，按照常識，GE公司不會讓自己的產品出現這樣的錯誤，況且對于RS485與RS422通訊方式的轉換技術目前很成熟，有可能CMM模塊的物理接口是通過內部電路已將RS485轉換成了RS422方式。當時筆者認為此項問題的假設可以排除。
(2)  IDI卡的組態方面：按照RS485的通訊特點，一般是3根通訊線，采用半雙工通訊，筆者就是依據PLC的設置來對IDI卡進行上述組態的，那么，若CMM卡的RS485通訊方式被轉換成RS422后，采用6根通訊線，再采用半雙工方式組態，應該不妥，于是，將IDI卡的端口類型改成全雙工，再生成下裝后，發現CMM卡的PORT2指示燈快速閃爍，IDI卡的ACTIVE指示燈亮，通訊指示燈閃爍，從表面來看，PLC和DCS的通訊已經建立，筆者又進入DCS的ENVOX診斷環境，確認通訊鏈已經建立，DCS向PLC發送的請求達到了回應。
在DCS和PLC的通訊建立以后，筆者在DCS上建立了一個從PLC來的AI點TI-8417，該點在OWP畫面上顯示的數值與PLC對應的信號一樣。可當以為問題已經解決時，發現該顯示點會出現短暫的UNAVIL（無效）狀態。筆者當時認為是PLC與DCS通訊過程中有干擾，于是通過以下幾個方面來隔離問題：
(1)  通訊線路的安裝或設置不當引入干擾：RS422通訊線路阻抗不連續點就會發生信號的反射，總線的不同區段采用了不同電纜，會造成阻抗的不連續。所以應注意總線特性阻抗的連續性，在阻抗不連續點就會發生信號的反射。筆者的通訊線路原設計是從CMM卡引出六條多股軟銅線接到接線端子排TB42上，再從TB42用6根1.5mm2的銅芯電纜把信號延伸到IDI卡上，是否是總線的通訊電纜材質不同出現的信號質量下降呢？筆者按照CMM卡PORT2的25針D形頭上各針的信號布置，重新用8芯的通訊電纜焊接了一個25針D形插頭，把另一端與IDI卡直接相連，但是問題依然存在。
(2)  接地問題：PLC通訊鏈中第7針為接地端，筆者認真檢查了PLC與IDI卡接地線是否有效連接，經確認，接地沒問題，況且，按照RS422通訊的電氣特性，接地端是可以浮空的。接地引入干擾的可能性被排除。
那么究竟是什么原因呢？筆者將該顯示點TI-8417添加到趨勢圖上觀察其信號曲線，這時發現趨勢圖上并無常見的干擾信號的特征，信號除出現短暫的無效狀態后，其顯示的數值很正常，而且還發現出現無效狀態具有一定的周期性（約70秒鐘），那么這是否是DCS問題呢？筆者在同一趨勢面板上添加了在同一控制器（IFC-111）上組態的點，有意思的是，這些點也出現了TI-8417同樣的周期性狀態無效問題，而其它控制器（EMX-113）上的點卻沒有此問題。原因可能出在IFC-111控制器上。經過筆者多方分析，還排除了IDI卡與IFC-111控制器沖突的可能性，最后重新對IFC-111控制器的通道進行組態，只定義與IDI卡相關的點的通道，生成下裝后，問題消失。那么，IFC-111控制器上各點出現周期性的無效問題就可能是由于裝置不運行，因其控制器對應的現場3051智能變送器幾乎全部停用，控制器的錯誤率達到47%以上，這可能就是引起控制器IFC-111上各點出現周期性無效的直接原因。
4  結語
DCS和PLC的通訊到目前來說，技術已經相當成熟，特別是國際知名名牌的系統之間的通訊，是相當容易實現和可靠的，因此在出現兩個系統間的通訊不能建立時，在確認相關通訊卡沒有故障后，應主要檢查通訊線路的連接和通訊參數的設置問題。另外，在處理本文中出現的顯示點的周期性無效的問題時，不能有先入為主的錯覺，不要總認為所有的問題是外來的系統沖突造成的，要回頭看看自己的系統是否本身就有問題，免得走彎路。