【正文】 控室的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(IPC)通過(guò)配置一塊普通網(wǎng)卡，就可以接收PLC的數(shù)據(jù)。中控室的計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互連，這樣使每一臺(tái)計(jì)算機(jī)也能實(shí)時(shí)固定顯示某個(gè)碼頭和罐區(qū)的工作情況及實(shí)時(shí)報(bào)警。由于沒有防爆的分布式vo可掛CCLink網(wǎng)絡(luò)，所以在危險(xiǎn)區(qū)需要采用安全柵形式接口。 Omron Control herLink網(wǎng)絡(luò)ControllerLink通信系統(tǒng)也稱為控制器網(wǎng)，它是 OMRON將SYAMAC LINK網(wǎng)簡(jiǎn)化改進(jìn)后的一種FA工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，它具有如下特點(diǎn):1)通信介質(zhì)采用雙絞線和光纜采用光纜型ControllerLink網(wǎng)，能夠獲得大容量的數(shù)據(jù)鏈接和長(zhǎng)距離的通信，通信距離為20km。2)高速度的數(shù)據(jù)通信控制器網(wǎng)的通信波特率可達(dá)2Mbps3)大容量的數(shù)據(jù)鏈接4)信息通信信息通信是在用戶程序中執(zhí)行通信指令SEND, RECV, CMND來(lái)實(shí)現(xiàn)的。5)靈活的網(wǎng)絡(luò)互連ControllerLink可以實(shí)現(xiàn)同類PLC與PLC之間或PLC與計(jì)算機(jī)之間的大容量、靈活高效的數(shù)據(jù)鏈接功能。數(shù)據(jù)鏈接區(qū)域可以是LR, IR, AR及DM與EM區(qū)，傳遞的數(shù)據(jù)容量非常大，其基本原理與Host Link方式一致。使用ControllerLink支持軟件，可以對(duì)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)各個(gè)設(shè)定數(shù)據(jù)鏈接區(qū)域，能向每一節(jié)點(diǎn)自由地分配鏈接區(qū)域。每一節(jié)點(diǎn)發(fā)送區(qū)域的尺寸是任意的，僅發(fā)送數(shù)據(jù)或者僅接收數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)同樣是可以設(shè)定的。更特別的是ControllerLink也可以只接受其它節(jié)點(diǎn)的發(fā)送區(qū)域的一部分的數(shù)據(jù)?；贑ontrollerLink網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)如圖42所示: 圖42 ControllerLink系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖整個(gè)系統(tǒng)是由上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)和PLC站及子站組成的通訊網(wǎng)絡(luò)。其中上位機(jī)監(jiān)視各個(gè)物理量(包括液位、溫度、壓力、可燃?xì)怏w、流量等)的變化情況，同時(shí)應(yīng)用C200HWZW3AT2EV2 ControllerLink支持軟件向數(shù)據(jù)鏈接的各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出啟動(dòng)/停止數(shù)據(jù)鏈接的命令，完成整個(gè)ControllerLink網(wǎng)的通信及控制。主站PLC選用CS1HCPU42H型號(hào)，能同時(shí)完成960個(gè)點(diǎn)的處理(滿足工程要求)。網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要安裝相應(yīng)的通信單元，每個(gè)PC上安裝ControllerLink通信單元，上位機(jī)在擴(kuò)展槽上插Controller Link支持卡。PLC站之ICJ采用菊花鏈?zhǔn)紺ontrollerLink網(wǎng)通信，它在波特率為2Mbps時(shí)，傳輸距離可達(dá)到20km，完全滿足通信距離的要求。該系統(tǒng)PLC主從單元負(fù)責(zé)各種物理量信號(hào)的處理，中控室通過(guò)電纜與各臺(tái)PLC連接，上位機(jī)采用ControllerLink支持軟件C200HWZW3AT2EV2，支持整個(gè)ControllerLink網(wǎng)的通信，完成對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制。同樣ControllerLink也不支持防爆分布式工I/O，故也需要增加安全柵。4. 2. 3 S i emens Prof i bus網(wǎng)絡(luò)Profibus是一個(gè)開放的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，它即能用于高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，也能用于完成復(fù)雜的通信任務(wù)。Profibus系列由三個(gè)兼容的部分組成: .Prof i busDP是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散I/0的通信，可取代0^20mA / 24 V信號(hào)的傳輸。ProfibusDP具有如下特性:（1)傳輸技術(shù):RS485雙絞線、雙線電纜或光纜。 bits到12M bit/s。（2)總線存取:各主站間令牌傳遞，主站與從站間為主一從傳送。支持單主或多主系統(tǒng)。總線上最多站點(diǎn)(主一從設(shè)備)數(shù)為126。(3)通信:點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(用戶數(shù)據(jù)傳送)或廣播(控制指令)。循環(huán)主一從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主一主數(shù)據(jù)傳送。（4)運(yùn)行模式:運(yùn)行，清除，停止。(5)同步:控制指令允許輸入和輸出同步。同步模式:輸出同步。鎖定模式:輸入同步。（6)功能:DP主站和DP從站間的循環(huán)用戶有數(shù)據(jù)傳送。各DP從站的動(dòng)態(tài)激活和可激活。DP從站組態(tài)的檢查。強(qiáng)大的診斷功能，三級(jí)診斷診斷信息。輸入或輸出的同步。通過(guò)總線給DP從站賦予地址。通過(guò)部線對(duì)DP主站(DPM 1)進(jìn)行配置，每DP從站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最大為246字節(jié)。(7)可靠性和保護(hù)機(jī)制:所有信息的傳輸按海明距離HD= 4進(jìn)行。DP從站帶看門狗定時(shí)器(Watchdog Timer )。對(duì)DP從站的輸入/輸出進(jìn)行存取保護(hù)。DP主站上帶可變定時(shí)器的用戶數(shù)據(jù)傳送監(jiān)視。(8)設(shè)備類型:第二類DP主站(DPM2 )是可進(jìn)行編程、組態(tài)、診斷的設(shè)備。第一類DP主站(DPM 1)是中央可編程控制器，如PLC, PC等。DP從站是帶二進(jìn)制值或模擬量輸入輸出的驅(qū)動(dòng)器、閥門等。.Prof i busPA是專為過(guò)程控制自動(dòng)化設(shè)計(jì)的，可使傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)接到一根總線上，并具有本質(zhì)安全規(guī)范。Profibus一PA具有如下特性:（1)適合過(guò)程自動(dòng)化應(yīng)用的行規(guī)使不向廠家生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有互換性。(2)增加和去除總線站點(diǎn)，即使在本質(zhì)安全地區(qū)也不會(huì)影響到其它站。(3)在過(guò)程自動(dòng)化的ProfibusPA段與制造業(yè)自動(dòng)化的ProfibusDP總線段之間通過(guò)藕合器連接，并且可實(shí)現(xiàn)兩段間的透明通信。(4)使用與IEC11582技術(shù)相同的雙絞線完成遠(yuǎn)程供電和數(shù)據(jù)傳送。(5)在潛在的爆炸危險(xiǎn)區(qū)可使用防爆型“本質(zhì)安全”或“非本質(zhì)安全”。雖然ProfibusPA具有以上優(yōu)點(diǎn)，但是，如果使用ProfibusPA，則會(huì)采用DP到PA擴(kuò)展的方案。這樣，需選DP / PA禍合器和鏈路，又增加了費(fèi)用，更重要的是，如果采用了ProfibusPA，則原有的I/O設(shè)備都必須更換成具有PA接口的模塊，這樣大大增加了成本，故不宜采用。 令Prof i busFMS是面向車間級(jí)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，它具有令牌結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)多主的特點(diǎn)。它在單元一級(jí)完成通用目的的通信，強(qiáng)有力的FMS服務(wù)能夠提供很強(qiáng)的靈活性和十分廣泛地應(yīng)用。Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線的配置應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求確定:(1) 單主系統(tǒng):可編程控制器(PLC)或控制器做一級(jí)主站，不設(shè)監(jiān)控站，或PC機(jī)加PROFIBUS網(wǎng)卡做一級(jí)主站兼監(jiān)控站(2) 多主系統(tǒng):由PLC或控制器做一級(jí)主站，PC機(jī)做監(jiān)控站，PC機(jī)可經(jīng)網(wǎng)卡直接與Profibus總線連接或經(jīng)串行口由RS232 / 485與PLC連接。基于Profibus網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖43所示:圖43 Profibus系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖此方案同樣采用中控室集中監(jiān)視，但現(xiàn)場(chǎng)溫度、壓力、流量、液位、可燃?xì)怏w等信號(hào)的采集采用分布式工I/O模塊實(shí)現(xiàn)，通過(guò)Profibus總線用光纖將信息傳送至中控室的PLC，由PLC將信息傳送至上位工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。中控室的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(IPC)通過(guò)配置一塊普通網(wǎng)卡，就可以接收PLC的數(shù)據(jù)。中控室的計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互連，這樣使每一臺(tái)計(jì)算機(jī)也能實(shí)時(shí)固定顯示某個(gè)碼頭和罐區(qū)的工作情況及實(shí)時(shí)報(bào)警。這種總線結(jié)構(gòu)、光纖傳輸方式，傳輸速率為lOMb/sa軟件設(shè)計(jì)中IPC上采用工業(yè)組態(tài)軟件來(lái)設(shè)計(jì)人機(jī)界面、計(jì)算、報(bào)警等，有系統(tǒng)管理模塊、工藝流程圖仿真顯示模塊、儀表屏仿真顯示模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊、控制算法模塊等。主要完成對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、顯示、分析和存儲(chǔ)，并且可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算、顯示、自動(dòng)分析、存儲(chǔ)和控制策略的決策。4. 2. 4小結(jié)1)選用CCLink和ControllerLink網(wǎng)絡(luò)，則放在危險(xiǎn)區(qū)的工I/O站必須增加安全柵，進(jìn)行防爆處理。這樣就必須增加安全柵以及其它關(guān)聯(lián)設(shè)備。由于采集點(diǎn)的數(shù)量比較大，并且分布范圍也很大，采用CCLink網(wǎng)絡(luò)時(shí)必須選用CPU A2SHCPUS1，其價(jià)格較高，對(duì)于龐大的罐區(qū)改造工程加大了成本，故不予采納。同樣，ControllerLink網(wǎng)絡(luò)為了滿足采集量的要求選用的CPU為CS1HCPU42H，價(jià)格也不便宜。2)考慮到Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線的下述情況:。，因此，今后的一些產(chǎn)品可以在國(guó)內(nèi)找到而不必過(guò)分依賴國(guó)外的產(chǎn)品。(中國(guó)機(jī)電一體化協(xié)會(huì))，可以方便、迅捷地獲得所需的服務(wù)。與CCLink和ControllerLink相比，Profibus無(wú)論從組織的規(guī)模還是實(shí)際的應(yīng)用實(shí)例等方面講都有一定的優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)方便，采用西門子的PLC，其性能可靠，價(jià)格適中。而且在防爆方面西門子有對(duì)應(yīng)防爆模塊，許多專用防爆遠(yuǎn)程工//0支持DP，因此，寧波港液體化工區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該選擇ProfibusDP通訊網(wǎng)絡(luò)。綜上所述，寧波港液體化工區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)主站與現(xiàn)場(chǎng)防爆工/to站間通訊采用ProfibusDP通訊網(wǎng)絡(luò)，它為監(jiān)控系統(tǒng)提供了高性能的通信，主站周期地讀取現(xiàn)場(chǎng)防爆I/0站的輸入信息并周期地向現(xiàn)場(chǎng)防爆I/0站發(fā)送輸出信息。各種控制命令、運(yùn)行數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和參數(shù)數(shù)據(jù)通過(guò)兩線式總線電纜傳輸，因?yàn)楣饫w不帶電，采用光傳輸信號(hào)，特別適用于易燃、易爆等危險(xiǎn)環(huán)境，同時(shí)光纖不受電磁干擾，安全系數(shù)很高，保證了系統(tǒng)通訊的可靠。4. 3 Prof i busDP網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)4. 3. 1 Prof i bus一DP行規(guī)ProfibusDP協(xié)議明確規(guī)定了用戶數(shù)據(jù)怎樣在總線各站之間傳遞，但用戶數(shù)據(jù)的含義是在Profibus行規(guī)中具體說(shuō)明的。另外，行規(guī)還具體規(guī)定了Profibus DP如何用于應(yīng)用領(lǐng)域，使用行規(guī)可使不同廠商所生產(chǎn)的不同設(shè)備互換使用，而工廠操作人員毋須關(guān)心兩者之間的差異，因?yàn)榕c應(yīng)用有關(guān)的參數(shù)含義在行規(guī)中均作了精確的規(guī)定說(shuō)明。下面是PROF工BUSDP行規(guī)，括弧中數(shù)字是文件編號(hào):NC/RC行規(guī)(3. 052)編碼器行規(guī)(3. 062)變速傳動(dòng)行規(guī)(3. 071)操作員控制和過(guò)程監(jiān)視行規(guī)(HMI)4. 3. 2 Prof i bus一DP系統(tǒng)配置ProfibusDP允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)。在同一總線上最多可連接126個(gè)站點(diǎn)。系統(tǒng)配置的描述包括:站數(shù)、站地址、輸入/輸出地址、輸入/輸出數(shù)據(jù)格式、診斷信息格式及所使用的總線參數(shù)。每個(gè)ProfibusDP系統(tǒng)可包括以下三種不同類型設(shè)備:(1)一級(jí)DP主站((DPMl):一級(jí)DP主站是中央控制器，它在預(yù)定的信息周期內(nèi)與分散的站(如DP從站)交換信息。典型的DPM1如PLC或PCo(2)二級(jí)DP主站(DPM2):二級(jí)DP主站是編程器、組態(tài)設(shè)備或操作面板，在DP系統(tǒng)組態(tài)操作時(shí)使用，完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的。(3) DP從站:DP從站是進(jìn)行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設(shè)備(I/0設(shè)備、驅(qū)動(dòng)器、IHMI、閥門等)。寧波港液體化工區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)ProfibusDP通訊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該采用單主站系統(tǒng)，即在總線系統(tǒng)的運(yùn)行階段，只有一個(gè)活動(dòng)主站，主站與現(xiàn)場(chǎng)防爆工//0站間通訊可采用光纖單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。按上述設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)路徑正常時(shí)，Prof i busDP為環(huán)形網(wǎng)。若光纖某處斷開，則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變?yōu)榭偩€結(jié)構(gòu)，仍能正常工作。因而提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸路徑的可靠性。選用光纖網(wǎng)絡(luò)除考慮滿足傳輸距離要求外，還有3點(diǎn)原因:1)光纖傳輸路徑不會(huì)受到電磁干擾的影響，保證信號(hào)可靠傳輸。2)采用光纖可構(gòu)成環(huán)網(wǎng)，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。3)光纖傳輸速率高，可達(dá)12M，因此DP網(wǎng)的傳輸速率僅受DP網(wǎng)中線纜部分的限制。該速率與距離有關(guān)，而系統(tǒng)中線纜很短，因而可以保證整個(gè)DP網(wǎng)以較高速率運(yùn)行(1 .5M )o第五章監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)5. 1現(xiàn)場(chǎng)防爆設(shè)備根據(jù)有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，罐區(qū)屬于1區(qū)(Zone 1)，即爆炸性氣體混合物有可能出現(xiàn)的場(chǎng)所。寧波港液體化工區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的選型均需符合國(guó)家關(guān)于罐區(qū)防爆安全方面的規(guī)定:如隔爆熱電阻、防爆壓力變送器、防爆雷達(dá)液位計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)防爆箱、防爆光纖適配器、防爆工//0站、防爆開關(guān)電源等?，F(xiàn)場(chǎng)防爆工//0站與中控室上位機(jī)的通訊采用Profibus光纖網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)楣饫w不帶電，采用光傳輸信號(hào)，所以它是用于易燃、易爆等危險(xiǎn)環(huán)境的理想介質(zhì)，同時(shí)光纖不受電磁干擾，安全系數(shù)很高，保證了系統(tǒng)通訊的可靠?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備保留了原有的SAAB雷達(dá)液位計(jì)的一次儀表部分，新增通訊卡件和SAAB現(xiàn)場(chǎng)通訊單元(FCU)，一次儀表以TRL/2總線方式輸入SAAB防爆現(xiàn)場(chǎng)通訊單元(FCU)}FCU將信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS485信號(hào)，所有罐液位信號(hào)經(jīng)臺(tái)灣研華公司的Adam 4520轉(zhuǎn)換成RS232信號(hào)直接輸入液位專用微機(jī)。該專用微機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)與客戶監(jiān)控站相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。另外增加了對(duì)儲(chǔ)罐中液位進(jìn)行高位報(bào)警的浮球開關(guān)。測(cè)量?jī)?chǔ)罐溫度的PT100熱電阻，儲(chǔ)罐、碼頭泊位的每個(gè)閥均設(shè)置了指示閥位開關(guān)狀態(tài)的回訊開關(guān):新增檢測(cè)可燃?xì)怏w濃度的可燃?xì)怏w報(bào)警儀，用于測(cè)量罐區(qū)及碼頭泊位的可燃?xì)怏w濃度。根據(jù)國(guó)家關(guān)于《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范GB5005892》的相關(guān)規(guī)定，劃分防爆區(qū)域和等級(jí)。，只要保證與罐的空間距離大于3m。即可采用非防爆產(chǎn)品。，原油罐區(qū)泵房、鍋爐房、碼頭泵房、空壓機(jī)房等，處于“易燃物質(zhì)重于空氣、釋放源在封閉建筑物內(nèi)通風(fēng)不良且為第二級(jí)釋放源的生產(chǎn)裝置區(qū)”，屬于I區(qū)。內(nèi)設(shè)產(chǎn)品采用防爆產(chǎn)品。，碼頭泊位等處，處于“易燃物質(zhì)重于空氣、通風(fēng)良好且為第二級(jí)釋放源的主要生產(chǎn)裝置區(qū)”，屬于二區(qū)。內(nèi)設(shè)產(chǎn)品應(yīng)采用防爆區(qū)。由此可見，在距離儲(chǔ)罐3m以上或在其周圍防火墻以外的區(qū)域?qū)俜欠辣瑓^(qū)，而在儲(chǔ)罐及碼頭設(shè)置的遠(yuǎn)程I/0站應(yīng)采用防爆措施。5. 2遠(yuǎn)程I /o從站的設(shè)計(jì)因?yàn)樾滦瓦h(yuǎn)程I/O的應(yīng)用是本課題一個(gè)非常重要的內(nèi)容，所以對(duì)于究竟選用哪一家的產(chǎn)品應(yīng)做詳細(xì)的論證。5. 2. 1防爆遠(yuǎn)程I/0站的選擇經(jīng)過(guò)從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，電源的配置，通訊網(wǎng)關(guān)的配置，I/O模塊的性能等方面對(duì)幾家主要遠(yuǎn)程I/O供貨商之產(chǎn)品的對(duì)比(見表5I)，我認(rèn)為德國(guó)CEAG公司的產(chǎn)品是性能價(jià)格比最好的，且CEAG是德國(guó)專門開發(fā)、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)防爆I/O站及防爆設(shè)備的廠家，它的產(chǎn)品取得一系列防爆認(rèn)證，完全能夠滿足國(guó)家的防爆標(biāo)準(zhǔn)，并且能夠與中控室西門子PLC主機(jī)進(jìn)行無(wú)縫數(shù)據(jù)通訊。因此，寧波港液體化工區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該選擇該公司的產(chǎn)表51幾家主要遠(yuǎn)程I/O供貨商之產(chǎn)品的對(duì)比德國(guó)CEAG公司的防爆遠(yuǎn)程I/0產(chǎn)品采用底板插卡式設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)靈活，增減十分簡(jiǎn)單方便，能夠應(yīng)用于各種易爆危險(xiǎn)場(chǎng)合。從圖51可以看