横河DCS 与和利时DCS 串行通信的实现方法

郑文革 王振新 王家麟 孙明亮

(中国石油辽阳石化公司 a.设备处；b.仪表厂)

通过中国石油辽阳石化公司烯烃厂横河CS3000 系统与和利时DCS 之间的通信， 总结DCS 之间通信在构建和程序设计上的实现方法。根据两套系统软件版本的通信能力，软件部分采用Modbus RS-485 协议，硬件部分横河DCS 系统与和利时DCS 系统各自增加通信卡ALR121 和K-MOD01， 实现两套独立DCS 系统之间的串行通信。

1 RS-485 的通信原理及特点

RS-485 是一种半双工通信标准，物理结构采用的是平衡驱动器和差分接收器的组合。 采用差分信号输入的方式可以抑制共模干扰，有效提高通信可靠性。 RS-485 通信速度快，最大传输速度可达10MB/s 以上。 横河ALR121 通信卡的接线方式通常为：TX+为正向发送端子、TX-为负向发送端子、RX+为正向接收端子、RX-为负向接收端子、SG 为卡件接地端子、FG 为抗干扰接收端子。

2 实现过程

在硬件上，采用两线制连接方式，横河系统作为主站， 发出请求， 接收从站发出来的数据，ALR121 中3 管脚为RX+正向接收端子、4 管脚为RX-逆向接收端子，并在3、4 管脚之间跨接电阻（图1）。 和利时系统作为从站，接收请求，向主站发出数据。 K-MOD01 接线管脚D+对应ALR121 管脚RX+正向接收端子，D-对应ALR121 管脚RX-逆向接收端（图2）。 通信电缆为两芯Modbus 专用电缆， 电缆要求能够满足阻抗不大于12Ω。

图1 横河ALR121 通信卡RS-485 两线制连接方式

图2 和利时K-MOD01 通信卡RS-485 两线制连接方式

3 软件组态

本次为单独通信，横河DCS 系统充当主站接收和利时DCS 系统发送过来的数据，和利时DCS系统充当从站发送通信数据。 如果通信出现错误，作为主站的横河系统会发出错误报警，主—从查询—回应周期如图3 所示。

打开横河CS3000组态软件，生成ALR121 通信卡，在卡件属性连接设备中选择Modbus，设置端口Port1 或者Port2 属性。

通信组态各项定义说明如下：

a. Buffer area。 定义本次通信所需的通信点数。

b. Program Name。Modbus 卡件ALR121 的安装位置，格式为K2-NODE 号-插槽号Modbus。

c. Size。 本次通信数据类型所占的位数。

d. Station。 从站设备的地址。

e. Device&Address。 和利时DCS 系统内部保存地址。

图3 主—从查询—回应周期示意图

f. Data Type。 数据类型，两套DCS 系统须保持一致。

g. Reverse。 是否将控制站（FCS）和子系统中的数据位取反。

h. Scan。 设置通信速度，正常、快、慢。

横河通信卡ALR121 的模拟量组态对话框如图4 所示。

图4 ALR121 的模拟量组态对话框

从站和利时DCS 系统对系统软件版本和硬件型号的要求：K-MOD01-A.1.1 或之后硬件型号，MACS V6.5.3 或之后软件版本，仅支持RS485 电气接口。

双击K-MOD01 模块进行参数设置， 组态对话框如图5 所示。

图5 和利时K-MOD01 模块组态对话框

K-MOD01 作为Modbus 从站时，需根据主站发出的请求功能码组态，对应规则如图6 所示。

组态步骤（图7）：

a. 设置用户参数（从站模式）。

b. 根据输入、输出数据长度，选择合适的分包长度。

c. 根据Modbus 主站请求功能码， 组态从站Modbus 功能码子模块，并设置子模块访问数据的起始地址和数据长度参数。

d. 组态结束，添加测点，编译下装。

4 通信线的选择与敷设原则

在两种DCS 系统通信实现过程中，通信线的选择与敷设原则如下：

a. 抗干扰能力强；

b. 消除通信线自身分布电容，长距离、极高频率、平行的双导线不是最佳选择；

c. 敷设过程中应尽量减少中间接头，避免长距离通信；

d. 具备较小的阻值和较高的机械强度。

最终，本项目两种DCS 之间的串行通信线缆选择了专用的Modbus 485 两芯通信电缆。

图6 从站模式下Modbus 功能码对应规则

图7 模拟量组态对话框

5 结束语

横河DCS 系统与和利时DCS 系统之间串行通信的成功设计与实施，使作为主站的横河DCS系统随时可以监视和利时DCS 系统中一些重要仪表的数据变化，方便了工艺生产参数的调整和修正，提高了工艺装置的生产效率和产品质量。