引 言 　　中國(guó)鋁業(yè)中州分公司的選礦拜爾法氧化鋁生產(chǎn)線，全部采用Honeywell公司的集散控制系統(tǒng)TPS。氧化鋁生產(chǎn)具有工藝分散、復(fù)雜的特點(diǎn)。以磨浮車間為例，它覆蓋了磨礦分級(jí)、浮選、脫水、精礦庫(kù)、尾礦等若干個(gè)工序。每個(gè)工序距離遠(yuǎn)近有別，而且被控設(shè)備數(shù)量不等。磨浮主工序建立TPS系統(tǒng)是常規(guī)一貫的做法。但對(duì)于其他幾個(gè)工序的控制集中到本地控制上來(lái)是一個(gè)問(wèn)題。另外每個(gè)工序中還有各種大型設(shè)備。隨著我國(guó)工業(yè)水平的不斷進(jìn)步和提高，各種大型設(shè)備自身的技術(shù)配置也具備了智能化以及向大型DCS的通訊能力，實(shí)現(xiàn)TPS系統(tǒng)對(duì)這些設(shè)備的通迅、節(jié)約技術(shù)資源避免重復(fù)開(kāi)發(fā)，是非常有益的。所以我們著重對(duì)TPS的遠(yuǎn)程控制以及TPS和大中型設(shè)備串口通訊進(jìn)行了規(guī)劃、設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。 　　1.TPS的遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn) 　　要實(shí)現(xiàn)多個(gè)工序的控制，采取長(zhǎng)距離拉電纜的方式不科學(xué)的。我們要做的是在TPS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。在選礦拜爾法磨浮車間，我們是這樣總體設(shè)計(jì)和規(guī)劃的，以磨浮工序?yàn)橹髯鯰PS的本地控制，放置NIM和HPM控制器（磨浮本地的TPS系統(tǒng)在這里不再詳述，我們要敘述的是在磨浮TPS系統(tǒng)下加裝的遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)），在HPM柜內(nèi)加裝一對(duì)冗余本地遠(yuǎn)傳I/O控制卡MC-IOLM02，用以連接遠(yuǎn)程工作站并進(jìn)行通訊。并建立三個(gè)遠(yuǎn)程控制站，用光纜與本地HPM控制器相連。也就是說(shuō)遠(yuǎn)程控制站和本地HPM控制器都是共用一對(duì)冗余的主控制器HPMM。 　　三個(gè)遠(yuǎn)程控制站的具體情形和做法是這樣的，分別放在距離為150米、200米、370米遠(yuǎn)的脫水工序、精礦工序和尾礦工序。每個(gè)遠(yuǎn)程站I/O點(diǎn)數(shù)分別為210點(diǎn)、160點(diǎn)、86點(diǎn)。在每個(gè)遠(yuǎn)程站內(nèi)配置冗余的遠(yuǎn)程I/O LINK擴(kuò)展卡MC-IOLX02以及相應(yīng)需要的IOP和FTA卡?？抗饫|和磨浮本地HPM控制器線連。HONEYWELL的遠(yuǎn)程I/O LINK擴(kuò)展卡為我們提供了遠(yuǎn)程控制通訊功能，但每?jī)蓚€(gè)標(biāo)準(zhǔn)的本地遠(yuǎn)傳I/O控制卡MC-IOLM02最多可帶6個(gè)遠(yuǎn)程I/O LINK擴(kuò)展卡MC-IOLX02，傳輸距離可達(dá)1.3公里，而且HPM里的總共的IOP數(shù)量最多不能超過(guò)40塊。我們必須嚴(yán)格按技術(shù)規(guī)程來(lái)做，這里我們共配置了3對(duì)遠(yuǎn)程I/O卡。因?yàn)檫h(yuǎn)程控制卡加掛在本地HPM內(nèi)，所以只要通訊成功，組態(tài)時(shí)遠(yuǎn)程的IOP與本地的是沒(méi)有區(qū)別的。下面圖一是我們現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的冗余的HPM帶的三個(gè)遠(yuǎn)程I/O控制站通訊連結(jié)示意圖： 　　2 TPS系統(tǒng)串口通訊的控制方案 　　2.1方案規(guī)劃 　　一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通訊方式成為串行通訊方式。該方式需要傳輸線少，成本低，傳輸距離可以從幾米到幾千米。采用這種通訊方式是根據(jù)磨浮車間設(shè)備的實(shí)際情況分析后決定的。 　　在磨浮車間具有智能串口通訊能力的設(shè)備主要有四種：高壓勵(lì)磁系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、陶瓷過(guò)濾機(jī)及浮選液位控制器共有二十九臺(tái)設(shè)備。我們分四條線路皆以串行連接的方式把二十八臺(tái)設(shè)備用DH+電纜連至TPS系統(tǒng)。它們分別由SIMENS S7-200,AB SLC500和HONEYWELL UDC3000控制器來(lái)控制和數(shù)據(jù)通訊。按通訊協(xié)議分為兩種，一種是MODBUS,一種是Allen-Bradley DF1協(xié)議。TPS系統(tǒng)是支持這兩種協(xié)議的，這四中設(shè)備串行通訊的距離TPS分別是50米，280米，250米，180米。剛好在串行通訊所支持的最大距離305米之內(nèi)。所以該方案是可行的。 　　采用串行通訊最主要的技術(shù)問(wèn)題，一個(gè)是數(shù)據(jù)傳送，一個(gè)是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換[2]。數(shù)據(jù)傳送主要解決的是數(shù)據(jù)格式及工作方式等問(wèn)題。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是指數(shù)據(jù)的串行轉(zhuǎn)換。具體的說(shuō)就是在發(fā)送時(shí)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，而在接受端，卻要把接受數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)。 　　2.2 TPS系統(tǒng)串行通訊 　　2.2.1 TPS系統(tǒng)串行通訊的物理接口及連接方式 　　串行通訊的物理接口主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的格式化，進(jìn)行串-并轉(zhuǎn)換，控制數(shù)據(jù)傳輸速率，進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)，進(jìn)行TTL與EIA電平轉(zhuǎn)換，提供EIA-RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)所要求的信號(hào)線等[1]。物理接口的正確連接才能保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸。 　　我們?cè)赥PS 系統(tǒng)的HPM控制柜內(nèi)配置MC-TSIM11串行通訊處理器模塊，MC-T2PA02 FTA電源適配器以及MC-TSIM12串行通訊接口模塊，并通過(guò)雙絞線或DH+電纜連結(jié)。一塊串行接口卡可連接一個(gè)電源適配器，一個(gè)電源適配器可通過(guò)專用電纜連接兩塊FTA卡，兩塊FTA卡可以不同，F(xiàn)TA卡至設(shè)備的連接介質(zhì)均為普通屏蔽雙絞線或DH+電纜。其中MODBUS FTA卡支持兩種物理接口：25針標(biāo)準(zhǔn)插座（RS-232連接）和5座接線端子（RS-422/RS-485兼容連接）；而A-B的FTA卡只支持25針標(biāo)準(zhǔn)插座（RS-232連接）。標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口連接方式有兩種DB25（25針）和DB9（9針），表2給出最簡(jiǎn)單的三種連接方式，兩種接口可以混接，也可以自己制作轉(zhuǎn)換接頭。RS-232接口由于先天的缺陷，一方面最長(zhǎng)距離受限最多不能超過(guò)13米，另一方面只允許一主一從的配置；而采用RS-422/RS-485兼容連接，傳輸最大距離可達(dá)到305米。所以A-B的DF1協(xié)議串口通訊需要配置專用的轉(zhuǎn)換器1770-KF2來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用RS-422/RS-485兼容連接時(shí)，需注意連接兩個(gè)以上設(shè)備時(shí)鏈路的首端和末端的匹配電阻是必須的。 　　2.2.1 TPS系統(tǒng)串行通訊組態(tài)及其數(shù)據(jù)類型 　　Honeywell公司的TPS系統(tǒng)對(duì)于串口通訊的組態(tài)是通過(guò)建立數(shù)組點(diǎn)定義的。一個(gè)數(shù)組點(diǎn)定義了一組數(shù)據(jù)變量，對(duì)應(yīng)通訊子設(shè)備中的一段連續(xù)的寄存器地址，它可以是一組整形數(shù)或?qū)崝?shù)，也可以是一組布爾變量。數(shù)據(jù)通過(guò)這些變量采集上來(lái)以后就可以直接對(duì)它操作和編程。需要特別指出的是對(duì)于不同的通信協(xié)議，不同的起始地址，不同的數(shù)據(jù)類型，數(shù)據(jù)的組態(tài)都是不同的。例如：對(duì)通訊協(xié)議為Modbus RTU的數(shù)組點(diǎn)的組態(tài)中要設(shè)置AUXDATA3為485.000，AUXDATA4為9600.00。對(duì)于通信協(xié)議為A-B DF1的數(shù)組點(diǎn)的組態(tài)中參數(shù)AUXDATA3和AUXDATA4就不用設(shè)置。但要根據(jù)不同的傳輸數(shù)據(jù)類型分別設(shè)置不同的參數(shù)A-B PLC TYPE, A-B PLC FILE#, AB-DATA TYPE和A-B SCAN PER參數(shù)。 　　對(duì)方寄存器地址可以根據(jù)協(xié)議自動(dòng)映射到系統(tǒng)內(nèi)部寄存器的地址，一旦起始地址確定，傳遞的數(shù)據(jù)類型也就確定了。TPS系統(tǒng)組態(tài)的一個(gè)數(shù)組點(diǎn)只能容納一種數(shù)據(jù)類型。如果有布爾變量和模擬量?jī)煞N傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，那么需要建立兩個(gè)數(shù)組點(diǎn)，除非有特殊的約定。相同的數(shù)據(jù)可以從同類的起始地址讀出，例如，同樣是十進(jìn)制數(shù)據(jù)，從40001～4999地址段讀出時(shí)，返回的是有符號(hào)的單整形數(shù)。而從90001～99999地址讀出時(shí)，返回的是無(wú)符號(hào)的單整形術(shù)。Honeywell的TPS系統(tǒng)只識(shí)別單整形數(shù)，對(duì)雙整形數(shù)只能以兩個(gè)單整形數(shù)讀出，類似的情況還有雙精度浮點(diǎn)數(shù)。 　　2.3 TPS支持的兩種技術(shù)協(xié)議 　　所謂的通信協(xié)議是指通信雙方的一種約定。約定包括對(duì)數(shù)據(jù)格式、同步程度、傳送步驟、檢糾錯(cuò)方式以及控制字符定義等問(wèn)題做出同一規(guī)定[3]。 TPS支持的兩種技術(shù)協(xié)議，一種是Modicon 公司的Modbus 協(xié)議，一種是Allen-Bradley（以下簡(jiǎn)稱A-B）協(xié)議。該協(xié)議是由HoneyWell公司和AB公司合作開(kāi)發(fā)的一種串行通訊接口，專用于各自的控制器之間的通訊，設(shè)備端需配置支持AB公司全雙工DF1協(xié)議接口。Modicon 公司的Modbus 協(xié)議可以在不同網(wǎng)絡(luò)之間通信，支持的網(wǎng)絡(luò)包括Modicon的Modbus、Modbus+工業(yè)以太網(wǎng)，以及標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)例如：MAP和以太網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)間通過(guò)設(shè)備的內(nèi)置端口或者網(wǎng)落適配器等來(lái)相互訪問(wèn)。各設(shè)備通信使用的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言即為Modbus協(xié)議。這種協(xié)議定義了設(shè)備通信時(shí)所使用和可識(shí)別的消息結(jié)構(gòu)。基于Modbus協(xié)議的各設(shè)備采用主從技術(shù)通信。網(wǎng)絡(luò)中某一臺(tái)機(jī)器作為主機(jī)發(fā)請(qǐng)求，其他及其機(jī)器作為從機(jī)做出應(yīng)答。主機(jī)可以尋址個(gè)獨(dú)立從機(jī)，也可以向所有從機(jī)廣播，被尋址的從機(jī)向主機(jī)返回一個(gè)消息。Modbus協(xié)議建立了主機(jī)發(fā)出查詢請(qǐng)求的格式，包括從機(jī)地址、功能碼、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)；從機(jī)響應(yīng)消息的格式為從機(jī)地址、確認(rèn)功能碼、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)。如果發(fā)生錯(cuò)誤，從機(jī)將返回一條出錯(cuò)消息。常用的MODBUS 通訊規(guī)約有兩種，一種是MODBUS ASCII,一種是MODBUS RTU。一般來(lái)說(shuō)，通訊數(shù)量少且要以文本為主的通訊采用MODBUS ASCII規(guī)約。通訊數(shù)量大且是二進(jìn)制數(shù)值時(shí)則多采用MODBUS RTU規(guī)約。使用RTU模式通信，消息中的每個(gè)字節(jié)包含兩個(gè)十六進(jìn)制數(shù)。TPS系統(tǒng)采用的是MODBUS RTU規(guī)約，一條MODBUS網(wǎng)絡(luò)中可以容納16個(gè)節(jié)點(diǎn)，但只允許存在一個(gè)主設(shè)備即DCS控制器。 　　3 結(jié)束語(yǔ) 　　中國(guó)鋁業(yè)中州分公司的選礦拜爾法二期工程項(xiàng)目已在2005年元月份全面建成并投入使用。遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)和串行通訊的應(yīng)用使磨浮車間在工藝流程和設(shè)備極其分散的情況下系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了集中控制的目標(biāo)，而且非常有利于整體系統(tǒng)的優(yōu)化和先進(jìn)控制策略的實(shí)現(xiàn)。使得各項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)都能夠達(dá)到甚至優(yōu)于原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。遠(yuǎn)程控制和串行通訊在這特殊的領(lǐng)域發(fā)揮極大的作用使磨浮集散控制系統(tǒng)具有自己的特色和優(yōu)越性，它成為Honeywell的該項(xiàng)技術(shù)在中國(guó)最成功的案例。 供稿：霍尼韋爾中國(guó)