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郜保國   田驥飛

    目前，由大慶油田自動化儀表公司負責集成的大慶紅壓聯合站自動控制系統順利投運。該系統由OPTO 22 SNAP系統、西門子CP341、GE 90-70、AB PLC、FRICK（約克）PLC幾大部分組成。其中OPTO 22 SNAP在此系統處于核心地位，它除了要直接參與現場控制之外，還承擔著將其他幾部分從現場采集到的數據傳輸到上位機上顯示，并對它們下達控制指令的任務。在這套控制系統里，充分體現出了OPTO 22系統的強大的通訊能力和與IT緊密結合的特點。

1  概述

    大慶油田天然氣紅壓深冷裝置是天然氣分公司最大的氣處理裝置，每天處理天然氣量達到90萬方，生產輕烴200余噸。根據該裝置自動化監控系統的設計要求，由于相關的PLC設備分布廣泛，監控功能要求自動化程度高，而且有關的信息要迅速獲取及處理，并要易于管理。因此自動控制系統以OPTO 22公司 SNAP I/O系統作為骨干框架，結合其先進易用的應用開發組態軟件包Factory Floor Suit 4.0c，在32位的WINDOWS操作平臺上，開發出既能很簡便完成系統各種監控功能，又具有使用靈活的人機界面的監控系統應用軟件，監控裝置區各工藝點的溫度、壓力、差壓、調節閥等。裝置內壓縮機、膨脹機、丙烷制冷機、ESD等與OPTO 22 SNAP I/O系統通過通訊進行數據交換，由于機組自帶的PLC出自多個廠家，通訊標準不同，技術難度較大。

    筆者通過不斷摸索、實踐，在較短時間內，順利完成了多個系統間的通信問題，使系統具有可靠性高、兼容性強、操作簡便等優點，并且為項目節省了投資。

2  通訊系統的要求

(1)具備實時數據傳輸通訊功能，將生產數據實時傳輸到OPTO 22 SNAP I/O系統。
(2)完善的安全監控功能。OPTO 22 SNAP I/O系統接收到機組通訊傳出的報警信號，能夠及時記錄并執行相應現場控制流程。
(3)支持多通信協議。
(4)良好的中文人機界面。
(5)采用工業組態軟件實現，便于維護、擴充和升級。

3  技術實現

    該項目由壓縮機控制子系統、膨脹機控制子系統、丙烷機控制子系統、ESD緊急停車子系統和OPTO 22 SNAP I/O控制系統（ME系統）五部分組成。其中前四個系統只是進行局部的單位控制，與OPTO 22 SNAP I/O控制系統之間通過網絡通訊實現數據交換。OPTO 22 SNAP I/O系統（ME系統）在整個系統中處于全局控制和監視的至關重要的地位。

    在本項目中筆者使用OPTO 22 SNAP I/O控制系統的OPTO 22 SNAP LCM4作為主控制器，該控制器CPU采用32位MOTOROLA 68EC030處理器，4MB內存帶電池后備，2MB快閃可讀寫內存，四個串行接口，一個固定的RS-485，三個可分別獨立設定為RS-232/485。筆者利用控制器自帶的串行接口進行編程實現。

    在現場應用中，首先分析ESD系統。它是紅壓深冷裝置安全保證的基礎，采用S7-400 PLC實現，自身設計成主站工作，無上位機顯示設備，監控完全在OPTO 22 SNAP I/O中實現。LCM4控制器的COMO-COM3通訊端口可以根據需要設置成232或485方式，根據現場的多次通訊實驗，通訊采用標準MODBUS方式實現不了。主要原因是ESD系統采用的是主站方式，若改為從站通訊方式需更換所有ESD軟、硬件。費用太高，不可能實現。經過對ESD、PLC的進一步分析，筆者決定采用自由口通訊方式把S7-400通訊端口用485接線方式連接到與其標準兼容的LCM4控制器的COM3上，通過編制數據交換程序，設定起始碼、奇偶校驗、每個數組的位數、傳輸波特率等。調試過程中，DCS接收到了ESD發送的數據，但穩定性差，在線程序中看到有時出現空棧錯誤，程序運行至通訊時邏輯不正常，經過反復分析及多次實驗，在程序中加了數據同步處理，至此與ESD通訊完全正常，實現了DCS與ESD的通訊。

    在與壓縮機系統PLC（GE 90-70）通訊時，筆者采用MODBUS RTU方式編制相應程序，在程序編制完成后，通過下裝、運行，不斷調試，最終順利進行了連接。

    在實現上述兩個機組通訊的基礎上，利用積累的經驗，掌握了各機組的特點，實現了DCS與全部機組通訊。

4  系統結構及配置方案

    在本系統配置中，采用先進且成熟可靠的OPTO 22 SNAP I/O系統，這是一個應用串行通訊多次重發技術的三層分布式網絡。系統由自控中心的監控主機PC和4臺OPTO 22的主控制器OPTO 22 SNAP-LCM4以及7個可分布安裝放置的前端智能I/O單元B3000組成，部分系統結構示意圖如圖1所示。

圖1  系統結構示意圖

    最上一層是由PC組成，使用Ethernet網絡連接，作為監控系統的人機界面，動態顯示各種設備運轉的實時狀態，顯示和記錄設備的異常和故障報警，設定設備的自動運行時間和條件，操作者可切換系統設備按自動或手動的方式運行。另外，如用戶有所要求，可把監控主機設立為WEB SERVER，所有的監控圖畫轉換為WEB PAGE，用戶可在局域網和互聯網上，使用標準的網頁瀏覽器Internet Explorer，對系統實行監視操作和控制。

    第二層由4臺OPTO 22控制器 OPTO 22 SNAP-LCM4組成，各控制器與監控主機之間采用以太網通訊方式，組成監控網絡（C-NET）。其中兩臺控制器與現場I/O相連，另外每臺控制器與現場PLC相連。

    第三層是由多臺PLC及7個I/O智能單元B3000組成。I/O單元之間及相關控制器之間由RS-485組成I/O網絡（I/O-NET），I/O單元的距離是1 000m，加通訊重發器可延長分布距離。這樣可以把I/O單元和I/O模塊分散安置在相關設備附近，使連接的信號線減到最少，大大減少了信號傳輸過程中受到干擾的機會。I/O單元直接獲取設備的工作狀態和報警信號、設備的檢測信號數值，同時可自動或手動控制設備的運轉，對有關的PID運算控制回路進行本地的運算和調節，大大加強了系統的實時控制及快捷反應能力。

5  結語

    現場運行證明OPTO 22 SNAP I/O系統與多機組PLC之間的通訊是穩定和便捷的，實時性好，可靠性高。OPTO 22 SANP I/O系統靈活、多變、通訊功能強大及其廣泛適應性的特點得到了充分體現。