大庆油田多系统通信技术的实现

1 、概述
     大庆油田天然气红压深冷装置是天然气分公司最大的气处理装置，每天处理天然气量达到90万方，生产轻烃200余吨。根据天然气深冷分离装置自动化监控系统的设计要求，由于相关的PLC设备分布广泛，监控功能要求自动化程度高，而且有关的信息要迅速获取及处理，并要易于管理。因此自动控制系统以OPTO 22公司SNAP I/O系统作为骨干框架，结合其极其先进易用的应用开发组态软件包Factory Floor Suit 4.0c，在32位的WINDOWS操作系统平台上，开发出既能很简便完成系统各种监控功能，又具有使用灵活的人机界面的天然气深冷分离装置自动化监控系统应用软件，监控装置区各工艺点的温度、压力、差压、调节阀、电磁阀等。装置内压缩机、膨胀机、丙烷制冷机、ESD紧急停车系统等与OPTO22 SNAP I/O系统通过通讯进行数据交换，由于机组自带的PLC系统出自多个厂家，通讯标准不同，技术难度较大。
     我们通过不断摸索、实践，在较短时间内，顺利完成了多个系统间的通信问题，使系统具有可靠性高、兼容性强、操作简便等优点，并且为项目节省了投资。
   2、通讯系统的要求
　　 1) 具备实时数据传输通讯功能，利用OPTO22 产品的强大的通讯优势，将生产数据实时传输到OPTO22 SNAP I/O系统。
　　 2) 完善的安全监控功能。OPTO22 SNAP I/O系统接收到机组通讯传出的报警信号，能够及时记录并执行相应现场控制流程。
　　 3) 支持多通讯协议；
　　 4) 良好的中文人机界面；
　　 5) 采用工业组态软件实现，便于维护、扩充和升级；
　　 3、技术实现
     红压深冷装置项目由压缩机控制子系统、膨胀机控制子系统、丙烷机控制子系统、ESD紧急停车子系统和OPTO 22公司OPTO22 SNAP I/O控制系统(ME系统)五部分组成。其中前四个系统只是进行局部的单体控制，与OPTO22 SNAP I/O控制系统之间通过网络通讯实现数据交换。OPTO22 SNAP I/O系统(ME系统)在整个系统中处于全局控制和监视的至关重要的地位。
     在本项目中我们使用OPTO22 SNAP I/O控制系统的OPTO22 SNAP LCM4做为主控制器，该控制器CPU采用32位Motorola 68EC030 处理器，4MB内存带电池后备，2MB快闪可读写内存，四个串行接口，一个固定的RS-485，三个可分别独立设定为RS-232/485。我们利用控制器自带的串行接口进行编程实现。
     在现场应用中，首先我们分析ESD系统。ESD紧急停车系统是红压深冷装置安全保证的基础，它采用SIEMENS S7-400 可编程序控制器实现，自身设计成主站工作，无上位机显示设备，监视完全在OPTO22 SNAP I/O中实现。OPTO22 SNAP I/O控制系统中的LCM4控制器的COM0---COM3 通讯端口可以根据需要设置成232或485方式，根据现场的多次通讯实验，通讯采用标准MODBUS 方式实现不了。主要原因是ESD 系统采用的是主站方式，若改为从站通讯方式需更换所有 ESD软、硬件。费用太高，实现不可能。经过对ESD PLC的进一步分析,我们决定采用自由口通讯方式，把SIEMENS S7-400 通讯端口用485接线方式连接到与其标准兼容的LCM4控制器的COM3上。通过编制数据交换程序，设定起始码、奇偶效验、每个数组的位数、传输波特率等。调试过程中，DCS接收到了ESD发送的数据，但稳定性差,在线（ONLINE）程序中看到有时出现空栈错误，程序运行至通讯时逻辑不正常，经过反复分析及多次试验，在程序中加了数据同步处理，至此，与ESD通讯完全正常，实现了DCS与紧急停车系统的通讯。
     在与压缩机系统PLC通讯时，压缩机系统采用GE公司的90-70，我们采用MODBUS RTU方式，编制相应程序，在程序编制完成后，通过下装、运行，不断调试，最终顺利的进行了连接。
     在实现上述两个机组通讯实现的基础上，利用积累的经验，根据机组各自的特点，实现了DCS与全部机组的通讯。
   二、系统结构及配置方案
     在本系统中，采用OPTO 22的先进且成熟可靠的OPTO22 SNAP I/O系统，这是一个应用串行通讯多次重发技术的三层分布式网络。本系统由自控中心的监控主机PC和四台OPTO 22的主控制器OPTO22 SNAP-LCM4以及7个可分布安装放置的前端智能I/O单元B3000组成，有关的系统结构示意图，请参阅以下的图示。　

   在如图所示的三层网络结构中，最上一层是由PC组成，使用ETHERNET网络连接，作为监控系统的人机界面，动态显示各种设备运转的实时状态，显示和记录设备的异常和故障报警，设定设备的自动运行时间及条件，操作者可切换系统设备按自动或手动的方式运行。另外如用户有所要求，可把监控主机设立为Web Sever，所有的监控图画转换为Web Page，用户可在局域网和互联网上，使用标准的网页浏览器Internet Explorer，对系统实行监视甚至进行操作控制。
     第二层由四台OPTO 22控制器OPTO22 SNAP-LCM4组成，各控制器与监控主机之间采用以太网通讯方式，组成监控网络（C-Net）。其中两台控制器与现场I/O相联，另外每台控制器与现场PLC相联。
     第三层是由多台PLC及7个I/O智能单元B3000组成。I/O单元之间及相关控制器之间由RS-485,组成I/O网络(I/O-NET)，I/O单元的距离是1000m，加通讯重发器可延长分布距离。这样就可以把I/O单元和I/O模块分散安置在各相关设备附近，使连接的信号线减到最少，大大减少信号传输过程中受到干扰的机会。I/O单元直接获取设备的工作状态和报警信号，设备的检测信号数值，同时可自动或手动控制设备的运转，对有关的PID运算控制回路，进行本地的运算和调节，大大加强了系统的实时控制及快捷反应能力。
　　
结束语
     通过实践证明OPTO22 OPTO22 SNAP I/O 系统与多机组PLC间通讯是稳定的和便捷的，实时性好，可靠性也高。体现了OPTO22 OPTO22 SNAP I/O 系统灵活、多变、通讯功能强大的特点。