关键词：现场总线；通讯接口；多路温度转换器；接收单元；变送单元；本质安全
    袁汉福(1953－)
（蓝星石化有限公司天津石油化工厂，天津  300380），浙江宁波人，现任蓝星石化有限公司天津石油化工厂副总工程师，从事炼油自动化的设计、施工等工作。

 

1     引言

    现场总线技术自70年代诞生至今，由于它在减少系统线缆，简化系统安装、维护和管理， 降低系统的投资和运行成本，增强系统性能等方面的优越性，引起人们的广泛注意，得到大 范围的推广，推动了自动控制领域的一场革命。 现场总线的功能是：经济、安全、可靠地传递信息；正确使用所传信息；及时处理所传信息。经济性要求现场总线在传递信息的同时，解决现场装置的供电问题，并要求传输介质较廉价。安全性要求现场总线解决防爆问题。可靠性要求现场总线解决环境适应性问题，包括电磁环境适应性（传输时不要干扰别人，也不要被别人干扰）、气候环境适应性（要耐温、防水、防尘）、机械环境适应性（要耐冲击、耐振动）。 

    2007年蓝星石化公司天津石油化工厂重油催化装置进行设备改造，对接近300点的温度指示信号采用多路温度转换器(MTL800)进行采集，转换成数字通讯信号传给DCS系统，依据现场温度检测点的分布，在装置区设置了10个温度采集箱，所有的温度信号通过补偿导线连接到采集箱，从采集箱通过通讯电缆连接到主控室的DCS系统。上述方案比较直接从现场使用补偿导线连接到主控室的DCS中的常规施工方法要节省1/3的施工时间和1/2的费用，其中可以节省大量的DCS的过程通道板卡和安全栅，节省大量的补偿导线和辅料及其人工费。系统投用后，达到设计要求。

2     系统结构

    多路温度转换器的系统组成由信号变送单元和接收单元组成，热电偶的毫伏信号(或其它类型温度信号)进入变送单元后转换为数字信号，变送单元的数字信号通过安全栅进入到接收单元，现场变送单元与安全栅构成本安回路，从而使得变送单元可以直接安装在危险区（0区、1区和2区）。多路温度转换器的每个接收单元可以带2个变送单元，变送单元安装在现场的采集箱内, 每个变送单元最多可以采集16路温度信号，其供电方式为回路供电，为确保系统可靠性，变送单元与接收单元之间的通讯，以及接收单元同DCS的通讯都采用冗余配制，当发生故障时， 数据通讯系统能够无扰动地自动切换，并产生系统诊断报警，在切换时保证数据完整,多路温度采集系统同DCS的通讯协议为 MODBUS-RTU。系统结构如图1所示。

图1  多路温度采集系统结构图

3     信号变送单元和接收单元设置

    3.1  变送单元地址的设置

    每个接收单元838B-MBF可以和两个变送单元831B连接，因此必须对这两个831的地址和信号输入类型进行定义。开关设置的方法是：打开831B的上盖，找到两个开关，SW100和SW101。SW100是用于定义地址，如01或02；SW101适用于定义输入类型的，如热电阻或热电偶。831B在初始状态是：地址为01，输入类型为热电偶。变送单元地址开关如图2所示。
　    3.2   接收单元地址的设置

    3.2.1定义和上位机通讯的地址参数。

    打开838的上盖，在838上一共有4个状态开关，见表1。SW101用于设置838的MODBUS 地址，如当地址是1时，SW101 的设置状态如下：

           1  2   3   4   5   6   7   8

    SW101 ON OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF
 
    表1   转换单元地址开关状态表：        3.2.2定义和上位机通讯的通讯参数

    SW301 是用于设置通讯状态的，见表2 。

    如果通讯为：波特率9600，起始位1，停止为1，奇偶校验为none，SW301的设置状态如下：
 
           1  2   3  4   5   6   7   8

    SW301 ON OFF ON OFF OFF OFF OFF OFF
 
    表2  转换单元通讯参数状态表：
3.3   用PC机上的RS232接口同838进行通讯

    上述步骤完成后,在与DCS连接前,需要进行简单组态,首先将838上的MODE和COM端（4和5）用线短接后，将838的24VDC 断电后再送电，这样可以触发接受单元的组态通讯口（RS232接口），在PC 机与接收单元建立通讯后，利用专用组态软件对现场输入信号类型、变送单元数量、开路报警状态等进行组态。当组态完成后，将短接线拆掉并重新对838进行电源开关复位，这样转换单元838才能同DCS进行通讯。
通过上述步骤,可以完成对变送单元和转换单元的组态设置。

    3.4   接收单元同DCS的通讯参数设置

    3.4.1参数设置

    波特率：9600Kbps；

    数据位：8；

    停止位：1；

    奇偶校验：非奇非偶校验 (NONE）；

    节点地址：1—3、4—6、7—9；

    热点偶类型：K、E。

    3.4.2 起始地址

    每个838传送的地址从30015开始，每个通道的地址详见表3。现场来的温度值已由838扩大了10倍，因此DCS在收到传送的数据后需要除10进行还原。　　

    表3  接收单元通道地址分配表：
4     DCS系统中程序说明

    整个系统共有9个接收单元，每3个接收单元为一组，每组中的3个接收单元的通讯接口进行并联后，接入DCS系统，DCS系统中安装3块采集卡，分别是1、2、3#模块，DCS中的每块采集卡采集3个接收单元的数据，如图3所示。DCS采集卡可带不止3个接收单元，要根据生产装置数据刷新时间要求和DCS系统扫描时间而定。

图3  接收单元与DCS连接原理图

    程序采用SCX语言编制，此语言类似C语言，主要程序如下:

int phase,error;
main()
{
 long j;
 int i, a[32];
 float  f;
sfloat sf,te[32];
setcomm(9600,0);  //波特率
setdelaytime(250);//设置延时等待时间, 当等待时间已到，却未收完返回数据，这条通讯命令就会退出等返回-1.
// 1#模块读取程序
     if (phase==0)   //设置读取周期
     {  
     TAG("RETURN1")=readinputreg(1,14,32,a); //读温度，1个寄存器存放1个温度，30014为起始寄存器的地址, 读1号地址的智能设备中，14号输入开始的32个输入的状态，其状态值存放在事先定义的sfloat数组中。
     setdelaytime(250);
                    if(_TAG("RETURN1")==0 )   //通讯成功
{
for(i = 0;i < 32;i= i+1)      //读取模块中的32个寄存器
    {
 f = itof(a[i]);
 f=f*0.1;             //缩小10倍,还原被接收单元放大的数据.
 f = f * 0.001;           // 实际温度量程（0～1000℃）
 te[i] = ftosf(f);        // 温度用sfloat位号组态
 _TAG("TI-105-01")[i]=te[i]; //将模块寄存器中数据依次存放于组态位号中，组态位号次序由自定义变量序号决定.
 }
}
}
if (phase==1) //为防止数据丢失，连续读取第2个周期，与第一周期读取设置相同。
{  
  _TAG("RETURN1")=readinputreg(1,14,32,a);
  setdelaytime(250);
  if(_TAG("RETURN1")==0 )
{
for(i = 0;i < 32;i= i+1)
  {
  f = itof(a[i]);
  f=f*0.1;                //缩小10倍,还原被接收单元放大的数据.
  f = f * 0.001;         // 实际温度量程（0～300℃）
  te[i] = ftosf(f);
  _TAG("TI-105-01")[i]=te[i];
}
}
}
//2#模块读取程序，功能同1#模块
//3#模块读取程序，功能同1#模块
 phase=phase+1;//主控卡运行周期+1，读取周期+1
 if  (phase<0 OR phase>5)//限定读取周期，每2个周期读取1个模块，读取完3#模块后周期清零重新从1#模块开始读取，保证数据的刷新。
 {
   phase=0;
 }
 }          

5     结论

    多路温度转换器的应用，核心技术是解决与DCS的通讯问题。所以采用标准的通讯协议(如MODBUS-RTU协议)可以实现与各厂家的DCS系统进行通讯。每家的产品都具有不同的技术特点，其设置方法和调试要求也不尽相同，要针对通讯技术的要求，选择正确的运算方法，进行程序编制。但采用一个多测量点、宽量程的智能温度测量应用系统，其应当结构简单、价格便宜、量程宽、有较高的可靠性、安全性及实用性。上述问题的解决方法具有普遍使用意义，可以供大家参考和借鉴。

参考文献：

    ［1］ 沙占友. 智能化集成温度传感器原理与应用［M］. 北京：机械工业出版社，2002 .

    ［2］ 王常力，罗安主编．集散型控制系统的选型与应用[M]．北京：清华大学出版社，1996．

图2  变送单元地址开关图