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系统间通讯中桥的使用

随着网络通讯技术的快速发展，工业控制系统间的通讯也在迅猛的发展。在上世纪八十年代以前，工业控制系统间几乎不进行任何数据交换，每套系统都各自控制自己的设备。九十年代后，由于计算机技术、网络通讯技术及通讯协议的逐步标准化，工业控制系统间的数据交换也渐渐地发展起来。现在工业控制系统间的数据交换已成为大型工业设备控制中关键的一个环节。在一套大型工业设备的控制中，根据各设备生产工艺的不同，要求采用不同的控制手段进行控制，以实现控制的优化，达到提高生产效率、保证生产安全、降低生产成本、减少投资的目的。这样控制系统间数据的交换就成为必然，然而有时需要进行通讯交换数据的各控制设备的通讯协议不一致，或者缺少同一通讯协议的硬件或驱动软件，从而造成控制设备间无法进行通讯。此时采用桥，即中间载体，就可实现各控制设备间的通讯，从而实现数据交换的目的。
　　
　　 抚顺石油二厂150万吨/年重油催化裂化装置于2000年6月建成投产，2001年6月对催化机组控制系统进行改造，机组控制及ESD紧急停车系统采用美国TRICONEX公司的TS3000三重化冗余系统、其他设备的控制仍采用日本横河公司的CENTUM集散控制系统。在出厂验收测试(FAT)时发现，TS3000系统无法与前期上马的CENTUM集散控制系统进行通讯，原因在于合同签定及购货时均未发现缺少了CENTUM系统中所需要的TS3000系统的通讯驱动程序。此时离生产日期已经很近，没有再采购的时间。如果因此而延误开车时间，将给工厂造成巨大的经济损失。经TRICONEX公司北京工程中心与抚顺石油二厂紧急磋商后，决定采用日本三菱公司的A系列PLC作为TS3000系统与CENTUM系统间通讯的桥，从而实现两套系统之间的数据交换。本文就是论述这一方案是如何实现的。
　　
　　硬件实现
　　
　　 TS3000系统采用4119EICM型智能通讯卡，它有五个25针D型通讯接口，分别为1、2、3、4、5。1、2、3号接口为MODBUS串行通讯接口，可进行RS232/RS422/RS485通讯；4号接口也是串行通讯接口，专用于TS3000组态软件TS1131于控制器间的通讯；5号接口是并行通讯接口，用于连接打印机。
　　
　　 三菱公司的A系列PLC由一块四槽底板、一块电源卡、一块CPU卡(A2AS)、一块MODBUS通讯卡(A1SJ71UC24-R2-S2)及一块RS232(A1SJ71UC24-R2)通讯卡构成。
　　
　　CENTUM系统采用ACM11通讯卡，可进行RS232串行通讯。
　　
　　 由于三菱A系列PLC在串行通讯中不能作为主站使用，只能作为从站，因此TS3000系统和CENTUM系统都作为主站。首先TS3000系统通过4119EICM型智能通讯卡与三菱PLC的MODBUS通讯卡(A1SJ71UC24-R2-S2)、以MODBUS MASTER SLAVE通讯协议将数据写入三菱PLC中，然后CENTUM系统通过ACM11通讯卡与三菱PLC的RS232(A1SJ71UC24-R2)通讯卡、以MODBUS通讯协议再从三菱PLC中读取数据。结构图示于图1。

　　
　　 图1 系统结构
　　
　　 TS3000系统的EICM卡与CENTUM系统的ACM11的通讯接口都是25针D型，而三菱PLC的通讯卡A1SJ71UC24-R2-S2和A1SJ71UC24-R2的接口却是9针D型。因此通讯线需要25针到9针的转换。EICM卡与A1SJ71UC24-R2-S2卡之间通讯线的接法见图2；A1SJ71UC24-R2卡与ACM11卡之间通讯线的接法见图3。


　　
　　
　　 图 2 EICM卡与A1SJ71UC24-R2-S2卡之间通讯线的接法
　　


　　
　　 图3 ACM11卡与A1SJ71UC24-R2卡之间通讯线的接法
　　
　　软件的实现
　　
　　 在工业控制系统领域中，系统间数据的交换都是利用数据的地址实现。各系统数据地址的定义虽不尽相同，但多数系统的数据地址都是按照MODBUS通讯协议定义，因此多数系统间数据的交换不存在问题。
　　
　　TS3000系统将数字信号写入三菱PLC中的组态方案如图4。
　　
　　


　　图4 Triconex 的TS3000系统通讯组态方案
　　
　　TS3000系统中数字信号的地址与三菱PLC中数字信号的地址对应关系如下：
　　
　　02001 ------ M0
　　02002 ------ M1
　　02003 ------ M2
　　 ------------------
　　03000 ------ M999
　　03001 ------ L0
　　03002 ------ M1001
　　03003 ------ M1002
　　 ------------------
　　03998 ------ M1997
　　03999 ------ M1998
　　04000 ------ M1999
　　
　　 当给模拟信号组态时却出现了意想不到的情况。TS3000系统将模拟信号的地址定义为4xxxx，而三菱A系列PLC却将模拟信号的地址定义为3 xxxx。因此TS3000系统无法将模拟信号写入三菱PLC中。如上所述，数字信号能够写入PLC中，于是在TS1131组态软件中将一个模拟信号的16位二进制码分解成16个数字信号，然后用将数字信号写入PLC的方法将分解得到的16个数字信号写入到PLC中。在三菱A系列PLC中，用PLC组态软件的梯形逻辑图将这16个数字信号合成一个十进制数，这样在三菱PLC中就恢复了这个模拟信号，于是TS3000系统与三菱PLC之间的模拟信号的传输问题就得到了彻底的解决。
　　
　　TS3000系统将模拟信号写入三菱PLC中的组态方案如图5。
　　


　　
　　图5 Triconex 的TS3000系统将模拟信号写入三菱PLC中的组态方案
　　
　　 TS3000系统将信号写入三菱PLC后，数字信号就存在于相应的地址，模拟信号也以数字信号的形式存在于相应的地址中，所以PLC虽然是从站，但也要完成一项任务，既恢复模拟信号——将在TS1131组态软件中将模拟信号分解成的16个数字信号再合成模拟信号。PLC的组态软件语言为梯形逻辑图，其组态方法如图6。
　　

　　
　　图6 三菱PLC恢复模拟信号的梯形逻辑图
　　
　　 这样在三菱PLC中，数字信号存放在中间继电器M中，模拟信号存放在数据寄存器D。CENTUM系统只要从相应的中间继电器M及数据寄存器D中将数字信号和模拟信号分别读取出来，那么TS3000系统与CENTUM系统的数据交换就完全实现了。
　　
　　结语
　　
　　当两套控制系统之间通讯不能实现时，利用两套控制系统都能够交换数据的第三设备作为桥，从而实现系统间的数据交换不失为一种很好的解决方案。
　　
　　参考文献：
　　
　　1. TRICONEX TS3000编程组态手册
　　2. 三菱A系列PLC编程组态手册
　　3. InTouch组态手册

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