大慶油田多系統通信技術的實現
―――OPTO22 SNAP I/O與各種PLC之間同時通訊的應用

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。 根據天然氣深冷分離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，結合其極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操作系統平臺上，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天然氣深冷分離裝置自動化監控系統應用軟件，監控裝置區各工藝點的溫度、壓力、差壓、調節閥、電磁閥等。裝置內壓縮機、膨脹機、丙烷制冷機、ESD緊急停車系統等與OPTO22 SNAP I/O系統通過通訊進行數據交換，由于機組自帶的PLC系統出自多個廠家，通訊標準不同，技術難度較大。
    我們通過不斷摸索、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，利用OPTO22 產品的強大的通訊優勢，將生產數據實時傳輸到OPTO22 SNAP I/O系統。
    2) 完善的安全監控功能。OPTO22 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) 支持多通訊協議；
    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
    紅壓深冷裝置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公司OPTO22 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體控制，與OPTO22 SNAP I/O控制系統之間通過網絡通訊實現數據交換。OPTO22 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。
     在本項目中我們使用OPTO22 SNAP I/O控制系統的 OPTO22 SNAP LCM4做為主控制器，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。我們利用控制器自帶的串行接口進行編程實現。

     在現場應用中，首先我們分析ESD系統。ESD緊急停車系統是紅壓深冷裝置安全保證的基礎，它采用SIEMENS S7-400 可編程序控制器實現，自身設計成主站工作，無上位機顯示設備，監視完全在OPTO22 SNAP I/O中實現。OPTO22 SNAP I/O控制系統中的LCM4控制器的COM0---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，實現不可能。經過對ESD PLC的進一步分析,我們決定采用自由口通訊方式，把SIEMENS 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、奇偶效驗、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（ONLINE）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試驗，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與緊急停車系統的通訊。
    在與壓縮機系統PLC通訊時，壓縮機系統采用GE 公司的90-70，我們采用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，最終順利的進行了連接。 在實現上述兩個機組通訊實現的基礎上，利用積累的經驗，根據機組各自的特點，實現了DCS與全部機組的通訊。
    二、系統結構及配置方案
    在本系統中，采用OPTO 22的先進且成熟可靠的OPTO22 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。 本系統由自控中心的監控主機PC和四臺OPTO 22的主控制器OPTO22 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，有關的系統結構示意圖，請參閱以下的圖示。   

    在如圖所示的三層網絡結構中，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及條件，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 Sever，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，對系統實行監視甚至進行操作控制。
    第二層由四臺OPTO 22 控制器OPTO22 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相聯，另外每臺控制器與現場PLC相聯。
    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1000m，加通訊重發器可延長分布距離。這樣就可以把I/O單元和I/O模塊分散安置在各相關設備附近，使連接的信號線減到最少，大大減少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。 

    結束語
    通過實踐證明OPTO22 OPTO22 SNAP I/O 系統與多機組PLC間通訊是穩定的和便捷的， 實時性好，可靠性也高。體現了OPTO22 OPTO22 SNAP I/O 系統靈活、多變、通訊功能強大的特點。