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雷达液位计与 Simens PLC 系统的通信实现

作者: 来源: 发布时间:2017-11-08 10:22:07

 摘 要 介绍 SAAB 储罐计量系统内部的通信设置和 TRL/2 现场总线转换为 RS232、RS485 通信协议的方法,给出与 SAAB 储罐计量系统通信的 Simens PLC 系统所使用到的通信模件,分析 Simens PLC 系统通信模件的通信接口组态及其设置,最终实现了 SAAB雷达液位计与 Simens PLC 系统之间的通信。

 
        SAAB 储罐计量系统(即 SAAB 雷达液位计量系统)是用于储罐液位计量的跟踪监视和控制系统,该系统可与各类传感器连接,实现储罐的完全监控。在系统的各单元之间设置分布式智能单元连续收集并处理信息,当接收到信息请求时,立即做出响应,发送经过更新的信息。通过现场总线,各单元之间实现相互通信,SAAB 储罐计量系统可以测量许多介质的储罐液位,包括原油、精炼石油、腐蚀性化学品及液化天然气等。储罐雷达液位计向储罐内介质表面发射微波,根据介质表面的回波计算液位。通过使用合适的储罐连接单元,SAAB 储罐计量系统可以对任何类型的储罐进行计量。SAAB 储罐计量系统内部通过现场总线实现通信,对外通过 RS232、RS485 实现通信,笔者主要介绍 SAAB 储罐计量系统与 Simens PLC系统的通信实现过程。
 
1 SAAB 储罐计量系统内部通信设置
1.1 系统的结构组成
        目前,SAAB 储 罐 计 量 系 统 主 要 采 用RTG3900 和 RTG5900 两 个 系 列 的 产 品。RTG3900 雷达液位计量系统(图 1)主要由雷达液位计 RTG(可连接压力变送器,采集液位、压力信号)、现场数据采集单元 DAU(可连接多点温度计,采集温度信号,实现就地显示)及 FCU2160 现场通信单元等基本部件组成,内部采用 TRL/2 现场总线协议通信;RTG5900 雷达液位计量系统是由 5900S 雷达液位计(可连接 3051S 压力变送器,实现压力、液位信号采集)、2240S 多点温度变送器(可连接多点温度传感器,实现温度信号的采集)、2410 储罐 Hub 及 FCU2160 现场通信单元等组成,内部采用 Foundation 现场总线协议通信。另有辅助设备现场总线调制解调器 FBM,用作RS232C 和现场总线之间的协议、接口转换,可将安装雷达组态软件 TankMaster WinSetup 的微机与现场总线连接。
 
        在 SAAB 储罐计量系统中各部件有各自的 UI 号,SAAB 储罐计量系统内部通过各自的 UI 号和地址进行寻址通信。各系列雷达液位计可共用 FCU 现场通信单元,FCU 对来自储罐雷达液位计和数据采集单元的数据进行轮询并将存储在缓冲存储器内,用作现场总线与 MODBUS 之间的协议、接口转换,具有分组总线与现场总线之间的网关或数据集中器功能,是雷达液位计量系统与 DCS、PLC 通信的对外接口设备。
 
1.2 系统内部通信设置
        Rosemount 厂家提供了 TankMaster 软件包,包含 Winopi、Winsetup 两个软件模块。Winopi 用于监测测量数据,Winsetup 用于 SAAB 储罐计量系统的各设备组态配置以及通信设置。在进行通信设置前结合雷达液位计安装数量和安装位置分配各雷达液位计在 FCU 的通信地址和接线端口,如 FCU 的通信地址常设为 201、雷达液位计通信地址从 1 开始、对应的 DAU 通信地址加 100,如 101,依次类推。
SAAB 储罐计量系统的结构示意图
        打开 Winsetup,首先设置 WinSetup 的微机通信协议、接口参数(图 2);其次使用 Winsetup 对SAAB 储罐计量系统的各设备(雷达液位计、DAU等)一一安装、组态,组态内容有:每台雷达液位计的仪表位号、UI 号对应的地址、该雷达液位计连接的 DAU 的 UI 对应的地址、雷达液位计的罐高、DAU 连接的热电阻的类型和量程、压力变送器的量程及单位等(图 3)。
通信协议设置界面
雷达液位计和 DAU 组态设置界面
        组态、调试好雷达液位计,即可实现各参数(如压力、液位、温度)的采集,并实现在 DAU 液晶屏上就地显示。
 
        现场通信单元 FCU 共有 6 个连接端口 X1 ~X6,用于连接通信接口板 FCM。这些连接端口可单独组态为分组总线端口(GB)或现场总线端口(FB)。但同时最多只能组态 4 个分组总线端口或 4 个现场总线端口。每种方案最大限度的组态形式只能是 2 +4、3 +3 或 4 +2 个总线端口。一般采用 4 + 2 方案,即可在 X5、X6 端子上连接跨接配套短接片,用于 RS232C 分组总线通信;或在X5、X6 端子上连接 FCI 卡,实现 RS485 通信。其余 4 个端口用于连接现场总线电缆,每个现场总线端口(FB)可接收 8 台雷达液位计的通信信号,即每台 FCU 最多通信 32 台雷达液位计。具体步骤如下:
 
        a. 安装 FCU。首先在 Winsetup 软件上安装FCU,建立 FCU 通信,定义 FCU 的仪表位号(如FCU201)、FCU 的 UI 号对应的地址(如 201)。
        b. 组态 FCU。打开 FCU 组态窗口,定义 6个连接端口 X1 ~ X6 的通信参数,如协议、波特率、数据位及奇偶校验位等。
 
        c. 建立 FCU 从数据库。在 FCU 组态窗口,有 64 个地址,前 32 个分配与雷达液位计,地址从1 开始至 99,后 32 位分配给 DAU,地址从 101 开始至 199。定义连接端口上的各通道地址参数,如雷达液位计型号、DAU 型号、温度传感器数量及模拟量输入参数的数量等,每个地址上的参数与实际相对应,才能实现数据采集与上传。
 
1.3 MODBUS 主站与 SAAB 储罐计量系统的通信
        DCS、PLC、安装 WinSetup 的微机作为 MODB-US 主站,可以通过 RS232C 或 RS485 与 SAAB 储罐计量系统建立通信连接。在 SAAB 储罐计量系统中,液位、温度、压力及雷达波形等每个动态数据以二进制数值传输,存储在 FCU 从数据库对应的保持寄存器内。基于 RS485 通信的主站通信设置:数据位 8 位、波特率 4 800、起始位 1、停止位 1、无奇偶校验位、故障检测 CRC-16。MODBUS主站与 FCU 通信是主站发送请求后从 FCU 从数据库寄存器读取数据。FCU 从数据库的保持寄存器地址对应的参数如下:
660 ~67F Level Rate status 液位变化率
680 ~69F Level status 液位
6A0 ~6BF Ullage status 空罐高度
6C0 ~ 6DF Analog input 1 status 模拟量 1,
用于 3900 系列压力参数存储
6E0 ~6FF Analog input 2 status 模拟量 2
700 ~71F Analog input 3 status 模拟量 3
760 ~77F Temp 14 status 温度 14
780 ~79F Temp 13 status 温度 13
7A0 ~7BF Temp 12 status 温度 12
7C0 ~7DF Temp 11 status 温度 11
7E0 ~7FF Temp 10 status 温度 10
800 ~81F Temp 9 status 温度 9
820 ~83F Temp 8 status 温度 8
840 ~85F Temp 7 status 温度 7
860 ~87F Temp 6 status 温度 6
880 ~89F Temp 5 status 温度 5
8A0 ~8BF Temp 4 status 温度 4
8C0 ~8DF Temp 3 status 温度 3
8E0 ~8FF Temp 2 status 温度 2
900 ~91F Temp 1 status 温度 1
980 ~99F Temp avg. status 平均温度
9C0 ~ 9DF Current input 1 status 电流输入1,用于 2900 系列的压力参数存储
9E0 ~9FF Current input 2 status 电流输入 2
A00 ~ A1F Current input 3 status 电流输入 3
A20 ~ A3F Current input 4 status 电流输入 4
B60 ~ B7F Relay 1 status 继电器 1
B80 ~ B9F Relay 2 status 继电器 2
BA0 ~ BBF Relay 3 status 继电器 3
BC0 ~ BDF Relay 4 status 继电器 4
AE0 ~ AFF Hart Input 3 slave status(FCU 3.D0 版本增加)
B00 ~ B1F Hart Input 2 slave status(FCU 3.D0 版本增加,用于 5900 系列的压力参数存储)
B20 ~ B3F Hart Input 1 slave status(FCU 3.D0 版本增加)
 
2 Simens PLC 系统通信设置与组态
2.1 Simens PLC 串口通信模块
        串行通信模块 CO340/CP341/CP440/CP441具有 1 个串行通信口(RS232C 或 RS485/422)。使用这些通信模块可以实现 S7-300/400 与其他串行通信设备的数据交换。笔者以 CP341 RS485串行通信模块为例进行说明。
 
        Simens PLC 与 SAAB 储罐计量系统之间通信,Simens PLC 作为 MODBUS 主站,SAAB 储罐计量系统作为 MODBUS 从站,采用 RS485 半双工两线制接线模式。这需要在 CP341 模块上插入相应主站协议的“硬件狗”,CP 模块才能够支持MODBUS 协议。
 
2.2 CP341 调试过程
        使用 CP341 模块通信,需安装软件 Step7 5.* 、CP341 驱动程序。
2.2.1 组态和配置
        在 STEP7 中完成 PLC 系统硬件组态,在硬件组态窗口中双击 CP341 模块,打开 CP341 模块的属性窗口,记录模块的硬件地址,点击属性窗口上的 Parameters 按钮,选择 MODBUS Master 协议,双击信封图标:弹出通信参数设置窗口,配置 MOD-BUS Master 通信参数:4 800bit/s、8data bits、1stopbit、无奇偶校验位。这些通信参数必须和 FCU 的通信参数设定一致。对硬件组态存盘编译,下载硬件组态,连接与 SAAB 储罐计量系统的通信电缆后,SF 灯熄灭,说明硬件组态正确。
 
2.2.2 编程
        设定各参数如图 4 所示,首先建立发送程序块。双击 OB1,打开 OB1 编程画面,从库中 Li-baraies-CP Ptp-CP341 调用发送程序块 FC500,分配背景数据块 DB500。
程序块 FC500 参数设置
        其次建立发送数据块(图 5)。创建发送数据的 DB 块 DB500,从站地址为 C9H(即 FCU 的地址 201),功能码为 3(读输出寄存器),起始地址1664(读取的 FCU 各参数寄存器的起始地址,如液位寄存器开始地址 680H、液位变化率地址为660H 等),读取寄存数,如 30 个。自 动 生 成DB500 的变量表。然后建立接收数据块(图6)。从库中 Libaraies-CP Ptp-CP341 调用发送程序块 FC700,分配发送数据块 DB501,设置硬件组态的起始地址为 624,发送数据的起始地址为0,接收数据长度为400。最后,读取数据块中的数据。建立程序块FC504,使用 MOVE 功能块进行数据块中数据的读取,MOVE 块中,参数 IN 为读取的变量在数据块中的地址,如 DB501. DBW0,OUT 为中间变量表中的存放地址,如 DB504. DBW0。
发送数据块的参数设定
接收数据块的参数设定
3 SAAB 储罐计量系统各参数的通信换算
        通过 Simens PLC 系 统 的 串 口 通 信 模 块CP341,以及一系列的组态配置等,实现了 SimensPLC 系统对 SAAB 储罐计量系统各参数的采集。但因为各参数的通信数据类型不同(如液位、液位变化率、温度是整型变量,3900 系列压力是整型变量,5900 系列压力是实数型变量),显示单位不同 ( 压力在现场显示 mbar,在操作站显示MPa),还需要进行数据类型转换等操作。对于液位、液位变化率、温度整型变量,通过整型 - 双整型 - 浮点转换,最终转换为浮点类型,直接用于上位操作站显示。对于压力整型变量,转换为浮点类型后,再除以 1 000,从而将单位从mbar 转换为 MPa。对于压力实数型变量,占用了两个字,需通过实型 - 整型 - 双整型 - 浮点转换,并将高、低位通信地址互换、合成,再除以 10 000,才可用于操作站显示。
 
4 结束语
        利用笔者介绍的安装组态顺序可以快速实现SAAB 储罐计量系统与 Simens PLC 系统之间的通信。但在实际实施过程中还需注意系统组态与现场设备的匹配问题。希望通过对 SAAB 储罐计量系统与 Simens PLC 系统通信的介绍,能推而广之,提供 SAAB 储罐计量系统与其他 PLC 或 DCS 通信的思路,更好地为企业储罐生产提供优质服务。
 
编辑:雷达液位计
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