Honeywell PKS系统第三方通讯的应用.pdf

中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 1 Honeywell PKS 系统第三方通讯的应用 李 腾 中国神华煤制油化工有限公司 鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古 鄂尔多斯 017209 摘要：摘要：介绍了鄂尔多斯煤制油分公司加氢催化重整装置 PKS 控制系统增加重要设备的电流和 I、II 段电量信号的显示，通过 MOX NPort5630 串口服务器实现 honeywell EPKS 与支持 RS485 通讯方式的电气气动马达 ST500 设备进行通讯，实现电流和电量信号在 honeywell EPKS 系统中显示。电流信号以 4-20mA 模拟量信号送至 DCS 系统、电量信号通讯至 DCS 显示，这样不但能精确及时了解重整装置重要设备电流、电量信息，为工艺人员填写报表和核算电量提供方便，而且为判断重要设备运行状态是否正常增加了可靠依据。关键词关键词：RS485；Modbus；NPort；5630；Quick；builder；数据格式；串口设备服务器 中图分类号：中图分类号：TQ116 0 引言 煤间接液化生产中心为了加强对重要设备的电流和 I、II 段电量信号显示的监控，预防重大隐患的发生，保证装置的安全稳定运行，重整装置需要增加鼓风机 107A-K2301A/B、引风机 107A-K2302、高速泵107A-P2201A/B、重整循环氢压缩机 107A-C2201A/B 电流信号；重整氢气增压机 107A-C2202A/B/C、重整一、二段电量信号，共计 12 个点。经与电气沟通之后，其中 C2201A/B、C2202A/B/C 五台高压设备可直接由电气送出 4-20mA 模拟量信号，经安全栅接入 DCS 系统进行电流信号的监控；而其他设备的信号则需以通讯的方式接入 DCS 系统。电气方面使用的为 ST500 系列的电动机控制器（马达保护器）和多功能表送至 DCS 的通讯信号，配备两线制 RS485 通讯接口，通过组态软件Quick builder 进行组态，实现通讯。1 PKS 系统的通讯功能 PKS 系统是 Honeywell 公司推出得基于批处理、过程控制、SCADA 应用的开放的混合控制系统。它通过串行口（Serial）和第三方控制器或 PLC 通讯。它支持多种类型的控制器通讯，并可以灵活的采用多种连接方式。控制器带网络接口控制工程网权，可以直接接入到网络上，如果控制器带串口控制工程网权，可以通过 modbus 协议终端服务连接到网络上来。一个modbus 协议终端服务允许多个控制器同时连接到网路上来，并提供多种连接接口 RS-232、RS-422、RS-485。2 RS485 通讯介绍 在工业控制、电力通讯、智能仪表等领域，通常情况下是采用串口通信的方式进行数据交换。最初采用的方式是 RS232 接口，由于工业现场比较复杂，各种电气设备会在环境中产生比较多的电磁干扰，会导致信号传输错误。1979 年施耐德电气制定了一个用于工业现场的总线协议 Modbus 协议，现在工业中使用RS485 通信场合很多都采用 Modbus 协议，所以我们来了解下 RS485 通信和 Modbus 通信协议。实际上在 RS485 之前 RS232 就已经诞生，但是RS232 也有不足：接口的信号电平值较高，达到十几 V，容易损坏接口电路的芯片，而且和 TTL 电平不兼容，因此和单片机电路接起来的话必须加转换电路。接口使用的信号线与其他设备形成共地模式的通信，这种共地模式传输容易产生干扰，并且抗干扰性能也比较弱。传输距离、速率都有限，最多只能通信几十米；只能两点之间进行通信，不能够实现多机联网通信。针对 RS232 接口以上不足，出现了 RS485 等新的接口标准，RS485 具备以下的特点：RS485 通信速度快，数据最高传输速率为 10Mbps以上；其内部的物理结构，采用的是平衡驱动器和查分接收器的组合，抗干扰能力大大增加。传输距离最远可达到 1200 米左右，但传输速率和传输距离是成反比的，只有在 100KB/s 以下的传输速率，才能达到最大的通信距离，如果需要传输更远距离可以使用中继。中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 2 可以在总线上进行联网实现多机通信，总线上允许挂多个收发器，从现有的 RS485 芯片来看，有可以挂 32、64、128、256 等不同个设备的驱动器。RS485 有两线制和四线制，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用。两线制这种接线方式为总线式拓朴结构，在同一总线上最多可以挂接32个结点。在 RS485 通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。3 Modbus 通信协议介绍 Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构，描述了一控制器请求访问其它设备的过程，如何回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。Modbus 具有以下几个特点:标准、开放，用户可以免费、放心地使用 Modbus协议，不需要交纳许可证费，也不会侵犯知识产权。目前，支持 Modbus 的厂家超过 400 家，支持 Modbus的产品超过 600 种。Modbus可以支持多种电气接口，如RS-232、RS-485等，还可以在各种介质上传送，如双绞线、光纤、无线等。Modbus 的帧格式简单、紧凑，通俗易懂。用户使用容易，厂商开发简单。4 电气多功能表介绍 电气方面使用的为 ST500 系列的电动机控制器，配备两线制 RS485 通讯接口，支持 Modbus-Rtu 通讯协议，支持 4800bps、9600 bps、19200 bps、38400 bps通讯波特率，通讯地址为 0-247。ST500E/F/M/H 产品的 Modbus 协议为 Modbus-Rtu。在进行通讯组网之前请先确认产品的型号为 ST503 或 ST505。ST503 为 1 路Modbus-Rtu 产品，ST505 为双路 Modbus-Rtu 产品。ST500E/F/M/H 通讯地址设置方法：将 ST522 通过 9 芯串口线和 ST500E/F/M/H 相连，并将产品通电；在初始界面上按确认键进入一级菜单界面；通过上下键将“”移至“参数设置”位置；确认进入，输入密码后进入“参数设置”的二级菜单，密码为 0500；通过上下键将“”移至“通讯参数”位置；通过上下键将“”移至“通讯地址”位置；按确认键进入修改状态；通过上下键修改成需要的设备地址；确认键存储并退出修改状态，返回键退出修改状态。5 具体组态过程 电气 将 压缩 机 重整 增 压 机和 循 环氢 压 缩机C2201A/B、C2202A/B/C 五台高压设备可直接由电气送出 4-20mA 模拟量信号，经安全栅接入 DCS 系统进行电流信号的监控；而其他设备的电量信号以通讯的方式接入 Honeywell PKS 系统。重整 DCS 系统使用两台 MOX NPort 5630 8 端口 RS-422/485 机架式串口设备服务器，通过组态软件 Quick builder 进行组态，实现通讯。而 DCS 系统需通过串口服务器实现与支持 RS485 通讯方式的设备进行通讯。具体步骤如下：5.1 线路连接 表1为NPort 5630 的接线方式，图1为NPort 5630的 8 个端口为 RJ45 接口,将两线制 RS485 线缆接入如图所示的 5、6 号端子。表 1 NPort 5630 设备连线步骤表 NPortR 5630:RS-422/485 PIN RS-422/485-4w RS-485-2w 1 一 一 2 一 一 3 TXD+一 4 TXD-一 5 RxD-Data-6 RxD+Data+7 GND GND 8 一 一 图 1 RJ45 接口平面图 中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 3 5.2 MOX 组态 Basic Settings，如图 2：只需设置好此 MOX 设备的名称，其他参数默认 图 2 MOX 名称设置显示 Network Basic Settings，如下图 3：IP address：分配局域网内 IP，Netmask 自动生成；Auto report to UDP port:x000 x 与后面提到的个端口内设置的Local TCP port 第一位相同，其他参数默认 图 3 Network Basic Settings 局域网分配显示 Serial Basic Settings，如下图 4：Baud rate与通讯设备保持一致，Interface 按实际选择，其他参数默认 图 4 Serial Basic Settings 参数设置显示 Operating Basic Settings，如下图 5：Operation mode 选择 TCP Server Mode，Local TCP port 的最后一位为端口号 图 5 Operation mode 端口选择显示 至此，MOX 中的组态完成。注意：可通过下图 6查看接入设备的端口是否存在问题：有数据收发时，表示线路连接、端口组态正确，可以进行下一步组态。图 6 MOX 组态设备端口问题显示 5.3 Quick Bulider 组态 QDB 的 Data Table 的数据类型 Input Register 是只读的模拟量,Holding Register 是可读可写的模拟量,Digital Output 是 0 开头的地址,Digital Input是 1 开头的地址。channels 组态，新建个 channels，在 main 主页面中如下图 7 所示：只需设置 name 和 description，其他参数保持默认即可 图 7 channels 组态 main 主页面名称设置显示 在 port 页面中如下图 8 所示：需对所标注的信息中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 4 如实填写，注意 terminal server TCP port NO.处，必须与 MOX 组态中所对应端口的 Local TCP port 保持一致 图 8 channels 组态 port 页面设置显示 在 redundant port 页面中，如无冗余设置，不需要组态。5.4 controller 组态 新建个 controller，在 main 主页面中如下图 9所示：对所标注部分进行设置，需注意的是 channel name 要分配正确，PLC station ID 必须与通讯设备的地址保持一致，data table 按需填写。如果需要将 QDB的数值读到 control build 里进行计算，需要进行下面的设置：选择 PVALGO 68 算法。在 Control 里进行进行设置.图 9 controller 组态 main 主页面设置 5.5 port 组态 新建个 port，在 main 页面中如下图 10 所示，对所标注部分进行设置，需注意的是在 PV source address 的填写，以此处为例：107ADQTX_1 24 C16 的含义为:107ADQTX_1 是控制器的名称、24 是被读取数据的地址、C16 是数据格式（C16 表示读取对方的数据格式，对方写多少，我们读多少）；PV scan period 默认扫描时间为 0，需更改为 2，否则无法读取数据；量程按实际填写。图 10 port 组态设置数据显示 6 问题处理 MOX 中的组态完成侯必须查看接入设备的端口是否存在问题：有数据收发时，表示线路连接、端口组态正确，可以进行下一步组态。检查通讯是否正常，如下图 11 所示：先在 enable 处选择使能，允许该通道通讯，然后查看下方 error statistics 处，判断通讯是否建立。（1）通讯线路是否有故障；（2）通讯地址是否正确、唯一；（3）通讯波特率主从站是否一致；（4）通讯报文是否正确。图 11 通讯通道页面显示 图 12 检查点状态 PV 值显示 中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 5 检查点状态，在 command 处填写位号后按 F12，查看 PV 处显示下图 12，以此判断在 quick builder 的点组态中地址、数据格式是否存在问题。7 结束语 Honeywell 系统有很多强大的功能，但有很多我们都没有使用，这就需要我们去执着的探索.通过此次问题处理，我们可以推广应用将输出为 4-20mA 模拟量信号或者支持 RS485 通讯的设备至 honeywell PKS 系统进行显示。针对电气 ST500 系列的电动机控制器（马达保护器）和多功能表的电流和电量显示通讯至 DCS的功能。在重整装置没有增加前，工艺操作员无法直接读取重要设备的电流、电量数据，这就导致操作员每天电量报表只能打电话询问，手动进行填写，对日常维护增加了难度、费用、耗时。此方案投用后不但为工艺人员提供了方便，而且精确及时了解重整装置重要设备电流、电量信息，而且为判断重要设备运行状态是否正常增加了可靠依据，有效保障了催化重整装置高负荷运转。由此可见将电气 ST500 系列的电动机控制器（马达保护器）和多功能表的电流电量通讯至 honeywell PKS 系统上显示，是一种行之有效的办法，可以广泛使用。参考文献 1孔祥楠.Honeywell Experion PKS 系统在 S-Zorb装置的应用J.中国科技纵横,2016(21):2.2曾琦器,张昕慧.电力自动化系统在配网运行中的应用J.科学技术创新,2019(20):131-132.