董永卿

1  概述
塔里木石化厂气体分馏装置采用了热泵技术，其核心设备为SRL451离心式丙烷压缩机，驱动设备为NSL25/20蒸汽透平，控制系统采用了GE9070 PLC，双冗余，热备，上位机安装了WinNT4.0操作系统，组态软件是CIMPLICITY，PLC组态软件是LogicMaster 9070。整套压缩机系统的现场检测、调节、控制和系统联锁自保等功能全部在GE9070 PLC上实现。蒸汽透平的速度调节由WoodWard505实现，压缩机和透平的超速检测、轴的径向振动和轴向位移的检测由Bently3500检测系统实现，以上两个系统除个别信号外，全部通过RS422口与GE9070 PLC的PCM卡进行了数据通讯。同时，由于压缩机作为气体分馏装置上的一部分，其检测控制的数据中，重要的部分，原设计将在PROVOX Ⅱ DCS上进行实时显示。2000年8月系统调试时，Bently3500和WoodWard505调速器与GE9070 PLC的通讯表现正常，本文主要探讨有关GE9070与PROVOX Ⅱ DCS的通讯问题。
2  GE9070与PROVOX Ⅱ DCS通讯的实现
原设计为GE 9070 PLC与PROVOX Ⅱ DCS的通讯是通过PLC的CMM卡（通讯协处理模块）与DCS的IDI卡（智能设备接口卡）之间完成的。CMM卡使用PORT 2，物理接口为RS422，PLC通讯软件配置如下：
  接口方式：RS485 半双工
  通讯协议：MODBUS RTU
  波特率：9600
  数据位：8
  停止位：1
  奇偶校验：NONE
  设备地址：1
根据PLC的通讯设置，DCS的IDI卡的组态为：
  IDI卡逻辑地址（H-D-F-C）：1-11-2-8
  通讯端口：PORT 1 RS485/422
  端口类型：HALF  DUPLX RS422/485(半双工RS485/422)
  通讯协议：MODBUS RTU
  波特率：9600
  数据位：8
  停止位：1
  奇偶校验：NONE
 

(1)  主通信线接线图

 (2)  副通信线接线图

图1  主副通信线接线图

3  问题的引出及处理方法
把CMM卡和IDI卡按上述参数配置以后，根据图1接线完毕，把IFC-111控制器进行生成下装，发现PLC 的CMM卡的PORT2通讯指示灯不闪烁，IDI卡的ACTIVE指示灯不亮，由此可以断定PLC与DCS之间的通讯没有建立，在检查通讯线路没有问题以后，主要从以下几个方面对问题进行隔离：
(1)  PLC的CMM模块的物理接口与软件配置方面：从接线图1可知，从CMM的PORT2引出的是6条通讯线，而且CMM的物理接口选用的是RS422（没有RS485接口），笔者通过LogicMaster软件进入PLC的CMM模块的配置项发现，端口类型只有RS232和RS485两个选项，此处设置为RS485。当时笔者就认为是PLC的软件设置与CMM的物理接口配置不匹配而出现了不能通讯的问题。但查找了有关CMM卡和LogicMaster软件的资料，确认该软件版本兼容该CMM卡，按照常识，GE公司不会让自己的产品出现这样的错误，况且对于RS485与RS422通讯方式的转换技术目前很成熟，有可能CMM模块的物理接口是通过内部电路已将RS485转换成了RS422方式。当时笔者认为此项问题的假设可以排除。
(2)  IDI卡的组态方面：按照RS485的通讯特点，一般是3根通讯线，采用半双工通讯，笔者就是依据PLC的设置来对IDI卡进行上述组态的，那么，若CMM卡的RS485通讯方式被转换成RS422后，采用6根通讯线，再采用半双工方式组态，应该不妥，于是，将IDI卡的端口类型改成全双工，再生成下装后，发现CMM卡的PORT2指示灯快速闪烁，IDI卡的ACTIVE指示灯亮，通讯指示灯闪烁，从表面来看，PLC和DCS的通讯已经建立，笔者又进入DCS的ENVOX诊断环境，确认通讯链已经建立，DCS向PLC发送的请求达到了回应。
在DCS和PLC的通讯建立以后，笔者在DCS上建立了一个从PLC来的AI点TI-8417，该点在OWP画面上显示的数值与PLC对应的信号一样。可当以为问题已经解决时，发现该显示点会出现短暂的UNAVIL（无效）状态。笔者当时认为是PLC与DCS通讯过程中有干扰，于是通过以下几个方面来隔离问题：
(1)  通讯线路的安装或设置不当引入干扰：RS422通讯线路阻抗不连续点就会发生信号的反射，总线的不同区段采用了不同电缆，会造成阻抗的不连续。所以应注意总线特性阻抗的连续性，在阻抗不连续点就会发生信号的反射。笔者的通讯线路原设计是从CMM卡引出六条多股软铜线接到接线端子排TB42上，再从TB42用6根1.5mm2的铜芯电缆把信号延伸到IDI卡上，是否是总线的通讯电缆材质不同出现的信号质量下降呢？笔者按照CMM卡PORT2的25针D形头上各针的信号布置，重新用8芯的通讯电缆焊接了一个25针D形插头，把另一端与IDI卡直接相连，但是问题依然存在。
(2)  接地问题：PLC通讯链中第7针为接地端，笔者认真检查了PLC与IDI卡接地线是否有效连接，经确认，接地没问题，况且，按照RS422通讯的电气特性，接地端是可以浮空的。接地引入干扰的可能性被排除。
那么究竟是什么原因呢？笔者将该显示点TI-8417添加到趋势图上观察其信号曲线，这时发现趋势图上并无常见的干扰信号的特征，信号除出现短暂的无效状态后，其显示的数值很正常，而且还发现出现无效状态具有一定的周期性（约70秒钟），那么这是否是DCS问题呢？笔者在同一趋势面板上添加了在同一控制器（IFC-111）上组态的点，有意思的是，这些点也出现了TI-8417同样的周期性状态无效问题，而其它控制器（EMX-113）上的点却没有此问题。原因可能出在IFC-111控制器上。经过笔者多方分析，还排除了IDI卡与IFC-111控制器冲突的可能性，最后重新对IFC-111控制器的通道进行组态，只定义与IDI卡相关的点的通道，生成下装后，问题消失。那么，IFC-111控制器上各点出现周期性的无效问题就可能是由于装置不运行，因其控制器对应的现场3051智能变送器几乎全部停用，控制器的错误率达到47%以上，这可能就是引起控制器IFC-111上各点出现周期性无效的直接原因。
4  结语
DCS和PLC的通讯到目前来说，技术已经相当成熟，特别是国际知名名牌的系统之间的通讯，是相当容易实现和可靠的，因此在出现两个系统间的通讯不能建立时，在确认相关通讯卡没有故障后，应主要检查通讯线路的连接和通讯参数的设置问题。另外，在处理本文中出现的显示点的周期性无效的问题时，不能有先入为主的错觉，不要总认为所有的问题是外来的系统冲突造成的，要回头看看自己的系统是否本身就有问题，免得走弯路。