引 言 　　中國鋁業(yè)中州分公司的選礦拜爾法氧化鋁生產線，全部采用Honeywell公司的集散控制系統(tǒng)TPS。氧化鋁生產具有工藝分散、復雜的特點。以磨浮車間為例，它覆蓋了磨礦分級、浮選、脫水、精礦庫、尾礦等若干個工序。每個工序距離遠近有別，而且被控設備數(shù)量不等。磨浮主工序建立TPS系統(tǒng)是常規(guī)一貫的做法。但對于其他幾個工序的控制集中到本地控制上來是一個問題。另外每個工序中還有各種大型設備。隨著我國工業(yè)水平的不斷進步和提高，各種大型設備自身的技術配置也具備了智能化以及向大型DCS的通訊能力，實現(xiàn)TPS系統(tǒng)對這些設備的通迅、節(jié)約技術資源避免重復開發(fā)，是非常有益的。所以我們著重對TPS的遠程控制以及TPS和大中型設備串口通訊進行了規(guī)劃、設計和開發(fā)。 　　1.TPS的遠程控制的實現(xiàn) 　　要實現(xiàn)多個工序的控制，采取長距離拉電纜的方式不科學的。我們要做的是在TPS系統(tǒng)中實現(xiàn)遠程控制。在選礦拜爾法磨浮車間，我們是這樣總體設計和規(guī)劃的，以磨浮工序為主做TPS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)下加裝的遠程控制的實現(xiàn)），在HPM柜內加裝一對冗余本地遠傳I/O控制卡MC-IOLM02，用以連接遠程工作站并進行通訊。并建立三個遠程控制站，用光纜與本地HPM控制器相連。也就是說遠程控制站和本地HPM控制器都是共用一對冗余的主控制器HPMM。 　　三個遠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米遠的脫水工序、精礦工序和尾礦工序。每個遠程站I/O點數(shù)分別為210點、160點、86點。在每個遠程站內配置冗余的遠程I/O LINK擴展卡MC-IOLX02以及相應需要的IOP和FTA卡。靠光纜和磨浮本地HPM控制器線連。HONEYWELL的遠程I/O LINK擴展卡為我們提供了遠程控制通訊功能，但每兩個標準的本地遠傳I/O控制卡MC-IOLM02最多可帶6個遠程I/O LINK擴展卡MC-IOLX02，傳輸距離可達1.3公里，而且HPM里的總共的IOP數(shù)量最多不能超過40塊。我們必須嚴格按技術規(guī)程來做，這里我們共配置了3對遠程I/O卡。因為遠程控制卡加掛在本地HPM內，所以只要通訊成功，組態(tài)時遠程的IOP與本地的是沒有區(qū)別的。下面圖一是我們現(xiàn)場實際的冗余的HPM帶的三個遠程I/O控制站通訊連結示意圖： 　　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磨浮車間設備的實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備主要有四種：高壓勵磁系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、陶瓷過濾機及浮選液位控制器共有二十九臺設備。我們分四條線路皆以串行連接的方式把二十八臺設備用DH+電纜連至TPS系統(tǒng)。它們分別由SIMENS S7-200,AB SLC500和HONEYWELL UDC3000控制器來控制和數(shù)據通訊。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。所以該方案是可行的。 　　采用串行通訊最主要的技術問題，一個是數(shù)據傳送，一個是數(shù)據轉換[2]。數(shù)據傳送主要解決的是數(shù)據格式及工作方式等問題。數(shù)據轉換是指數(shù)據的串行轉換。具體的說就是在發(fā)送時將數(shù)據轉換為串行數(shù)據，而在接受端，卻要把接受數(shù)據轉換為并行數(shù)據。 　　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現(xiàn)數(shù)據的格式化，進行串-并轉換，控制數(shù)據傳輸速率，進行錯誤檢測，進行TTL與EIA電平轉換，提供EIA-RS-232C接口標準所要求的信號線等[1]。物理接口的正確連接才能保障系統(tǒng)數(shù)據的傳輸。 　　我們在TPS 系統(tǒng)的HPM控制柜內配置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，并通過雙絞線或DH+電纜連結。一塊串行接口卡可連接一個電源適配器，一個電源適配器可通過專用電纜連接兩塊FTA卡，兩塊FTA卡可以不同，F(xiàn)TA卡至設備的連接介質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針標準插座（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針標準插座（RS-232連接）。標準的RS-232接口連接方式有兩種DB25（25針）和DB9（9針），表2給出最簡單的三種連接方式，兩種接口可以混接，也可以自己制作轉換接頭。RS-232接口由于先天的缺陷，一方面最長距離受限最多不能超過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，傳輸最大距離可達到305米。所以A-B的DF1協(xié)議串口通訊需要配置專用的轉換器1770-KF2來實現(xiàn)。采用RS-422/RS-485兼容連接時，需注意連接兩個以上設備時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)據類型 　　Honeywell公司的TPS系統(tǒng)對于串口通訊的組態(tài)是通過建立數(shù)組點定義的。一個數(shù)組點定義了一組數(shù)據變量，對應通訊子設備中的一段連續(xù)的寄存器地址，它可以是一組整形數(shù)或實數(shù)，也可以是一組布爾變量。數(shù)據通過這些變量采集上來以后就可以直接對它操作和編程。需要特別指出的是對于不同的通信協(xié)議，不同的起始地址，不同的數(shù)據類型，數(shù)據的組態(tài)都是不同的。例如：對通訊協(xié)議為Modbus RTU的數(shù)組點的組態(tài)中要設置AUXDATA3為485.000，AUXDATA4為9600.00。對于通信協(xié)議為A-B DF1的數(shù)組點的組態(tài)中參數(shù)AUXDATA3和AUXDATA4就不用設置。但要根據不同的傳輸數(shù)據類型分別設置不同的參數(shù)A-B PLC TYPE, A-B PLC FILE#, AB-DATA TYPE和A-B SCAN PER參數(shù)。 　　對方寄存器地址可以根據協(xié)議自動映射到系統(tǒng)內部寄存器的地址，一旦起始地址確定，傳遞的數(shù)據類型也就確定了。TPS系統(tǒng)組態(tài)的一個數(shù)組點只能容納一種數(shù)據類型。如果有布爾變量和模擬量兩種傳輸?shù)臄?shù)據，那么需要建立兩個數(shù)組點，除非有特殊的約定。相同的數(shù)據可以從同類的起始地址讀出，例如，同樣是十進制數(shù)據，從40001～4999地址段讀出時，返回的是有符號的單整形數(shù)。而從90001～99999地址讀出時，返回的是無符號的單整形術。Honeywell的TPS系統(tǒng)只識別單整形數(shù)，對雙整形數(shù)只能以兩個單整形數(shù)讀出，類似的情況還有雙精度浮點數(shù)。 　　2.3 TPS支持的兩種技術協(xié)議 　　所謂的通信協(xié)議是指通信雙方的一種約定。約定包括對數(shù)據格式、同步程度、傳送步驟、檢糾錯方式以及控制字符定義等問題做出同一規(guī)定[3]。 TPS支持的兩種技術協(xié)議，一種是Modicon 公司的Modbus 協(xié)議，一種是Allen-Bradley（以下簡稱A-B）協(xié)議。該協(xié)議是由HoneyWell公司和AB公司合作開發(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)議可以在不同網絡之間通信，支持的網絡包括Modicon的Modbus、Modbus+工業(yè)以太網，以及標準網絡例如：MAP和以太網。網絡間通過設備的內置端口或者網落適配器等來相互訪問。各設備通信使用的標準語言即為Modbus協(xié)議。這種協(xié)議定義了設備通信時所使用和可識別的消息結構。基于Modbus協(xié)議的各設備采用主從技術通信。網絡中某一臺機器作為主機發(fā)請求，其他及其機器作為從機做出應答。主機可以尋址個獨立從機，也可以向所有從機廣播，被尋址的從機向主機返回一個消息。Modbus協(xié)議建立了主機發(fā)出查詢請求的格式，包括從機地址、功能碼、數(shù)據、校驗；從機響應消息的格式為從機地址、確認功能碼、數(shù)據、校驗。如果發(fā)生錯誤，從機將返回一條出錯消息。常用的MODBUS 通訊規(guī)約有兩種，一種是MODBUS ASCII,一種是MODBUS RTU。一般來說，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)量大且是二進制數(shù)值時則多采用MODBUS RTU規(guī)約。使用RTU模式通信，消息中的每個字節(jié)包含兩個十六進制數(shù)。TPS系統(tǒng)采用的是MODBUS RTU規(guī)約，一條MODBUS網絡中可以容納16個節(jié)點，但只允許存在一個主設備即DCS控制器。 　　3 結束語 　　中國鋁業(yè)中州分公司的選礦拜爾法二期工程項目已在2005年元月份全面建成并投入使用。遠程控制的實現(xiàn)和串行通訊的應用使磨浮車間在工藝流程和設備極其分散的情況下系統(tǒng)實現(xiàn)了集中控制的目標，而且非常有利于整體系統(tǒng)的優(yōu)化和先進控制策略的實現(xiàn)。使得各項生產技術指標都能夠達到甚至優(yōu)于原設計標準，取得了良好的經濟效益。遠程控制和串行通訊在這特殊的領域發(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的該項技術在中國最成功的案例。 供稿：霍尼韋爾中國