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霍尼韦尔DCS系统与AB马达保护器的通讯应用

范文

杜国军

【摘要】??? 基于DCS系统的普及应用，与第三方设备的通讯越来越多。本文详细介绍霍尼韦尔DCS系统与AB马达保护器进行通讯的步骤，并且进行远程控制，在应用中取得良好效果。

【关键词】??? 控制系统??? 马达保护器??? 通讯

Abstract：Based on the popularity of DCS system， communication with third-party devices is increasing. In this paper， the steps of communication between honeywell DCS system and AB motor protector are introduced in detail.

Keyword：control system、motor protector、communication

一、概述

云南迪庆有色金属有限责任公司普朗铜矿一期采选工程自动化DCS系统集成（采选）项目中DCS系统通讯工作占整个工作量的70%以上，第三方设备的控制系统包括西门子、AB、ABB、GE等品牌，涉及的通讯方式有Modbus tcp、Modbus rtu、EtherNet/IP、Profibus-dp、OPC等。霍尼韦尔DCS系统优先推荐使用Modbus TCP/IP协议，在通讯中作为主站。

以普朗为例，整个选厂存在大量的AB智能MCC柜，柜内包含E300马达保护器、750变频器、PM500智能电表.其预留通讯端口为EtherNet/IP，为AB专属协议，霍尼韦尔DCS系统无法直接接入，需要使用网关进行协议转换，对于国内项目中此通讯方式应用属于首例，本文重点介绍与AB马达保护器之间的通讯原理及过程。

二、霍尼DCS系统网络结构

霍尼DCS系统的网络架构主要采用基于其专利技术的容错以太网（FTE）来实现，采用思科交换机进行网络连接，第三方系统和设备连接到交换机上实现数据交换，容错以太网（FTE）是Experion PKS的控制网络，FTE不但提供了容错的特点，也提供了快速网络的应用，及工业以太网的控制应用的安全性。容错以太网（FTE）是冗余网络结构（物理）的单网（逻辑），这种冗余的结构是通过Honeywell的FTE驱动，及商业的网络设备实现的。

普朗项目中与AB马达保护器的通讯采用beacon公司的网关进行协议转换，Beacon公司的新型?EtherNet/IP?-Modbus tcp通讯网关模块BT-EN-MT将Ethernet ip转换为Modbus tcp协议进行通讯，支持在EtherNet/IP和Modbus tcp网络中的设备之间的双向数据交换，最大20，000个字节数据交换区。网关提供一个EtherNet/IP以太网E1端口以及一个Modbus tcp以太网E2端口，其中E1端口与马达保护器进行连接，E2端口与霍尼DCS系统连接，两种以太网可以选择设置在同一个网段或者不同网段。

其中EtherNet/IP驱动程序全部使用Class1的I/O连接，最大支持15个I/O连接。EtherNet/IP和Modbus TCP两端都最多同时可以支持作为15个客户端和15个服务器，每个EtherNet/IP客户端最大支持128条指令，指令总数最多可达1920条，每个Modbus TCP客户端最大支持32条指令，指令总数最多可达480条。网关可以直接通过网页进行配置和诊断，无需安装任何特殊软件简单方便，同时液晶显示屏可以提供基本的诊断信息。网关支持的plc类型有PLC2、PLC5、SLC、ControlLogix、CompactLogix，支持MODBUS功能码：1、2、3、4、5、6、15、16。

三、霍尼DCS系统与AB马达保护器通讯的具体步骤

3.1 Beacon网关与AB马达保护器之间的通讯

E300马达保护器是目前最新的过载保护产品，其采用模块化设计，提供丰富的通信选项和诊断信息，接线简便。E300马达保护器由感应、控制和通信模块三部分组成。每种模块都提供多种选择，可根据确切的应用需求量身定制电子过载继电器。普朗项目中使用的马达保护器，配有5个数字量输入3个数字量输出，数字量输入可以接入设备远程、运行、上电等信号，数字量输出可以接入二次控制回路中参与设备的启停，故障报警信号等。

E300马达保护器中的EtherNet/IP 通信模块具有两个充当交换机的 RJ45 连接器。用于通讯、内部web访问、设置IP地址，通过IE浏览器可以访问E300马达保护器的内部参数和各种数据，且可使用以太网电缆以菊花链形式连接多个E300马达保护器，且通信模块支持设备级环网（DLR）。

图1所示为一个电机设备的二次回路控制图，继电器和接触器的触点连接在E300马达保护器的数字量输入上，数字量输出用于二次控制回路的控制，根据图中数字量输入IN0为远程信号，IN1为运行信号，IN2为上电信号;R03、R04为过载保护，R13、R14为远程控制;这些信号都可采用通讯模块与自动化系统集成通讯，同时通过拨码对E300马达保护器的以太网模块设置IP地址，在同一局域网的E300马达保护器每一台都有独立的IP地址，同时通过IE浏览器可以查看数字量输入输出的状态。

根据上图我们只需对E300马达保护器的R13、R14的触点进行控制即可满足对设备的启停，读取IN0-IN3即可讀取设备的状态，除此之外利用通讯还可以对设备的电流、电压、功率、电能等信号进行检测。在与E300马达保护器通讯时，采用class code（类别代码）、Attribute（属性）ID、Instance（实例）等参数进行通讯，class code代表不同类型的信号，Attribute（属性）ID代表对数据的读写操作，Instance（实例）代表不同寄存点位，通过这种寻址的方式，实现与E300马达保护器的通讯功能，如下图表为E300说明书中关于数字量输入的信息，对E300马达保护器的输入信号如何寻址做简单的阐述，通过对数字量输入的说明，将对其他类型的信号有很好的参考意义。

在上图中离散输入点对象Class code 0X0008，表明数字量输入的信号Class code参数为十六进制 0X0008，我们所有需要的数字量信号的都在0X0008的class code下，参数instance的值代表了不同的输入号码，例如instanc为1所代表的inputpt00，即IN0的信号，instanc为3所代表的inputpt02，即IN2的信号，AttributeID为3表示获取参数的值。

同理在E300手册的数字量输出图表中，离散输出点对象Class code 0X0009，表明数字量输入的信号Class code参数为十六进制 0X0009，我们所有需要的数字量信号的都在0X0009的class code下，参数instance的值代表了不同的输出号码，例如instanc为1所代表的outputpt00，即R03＼R04的信号，Instanc为3所代表的outputpt02，即R23＼R24的信号，AttributeID为3表示设置参数的值。

根据以上信息尝试进行通讯：

1.首先介绍beacon网关Ethernetnet ip client部分的配置;网关有两个以太网口E1、E2，E1网口用网线连接E300马达保护器，其ip都设置为同一网段;E2网口连接霍尼dcs交换机，使用谷歌浏览器输入网关的E2的IP地址，登陆beacon网关，初始的账户、密码都是admin。在登录网关后HOME界面可以查看到网关E1、E2两个网口的设置信息、网关版本、运行时间等信息。

2.配置与E300的连接方式设置，点击左侧Ethernet/ip client展开点击client1---configuration查看默认配置，message type：unconnected send，其余的设置保持默认即可。

3.配置读取E300数据的指令，在网关配置界面中的client1---configuration界面的all commands中选择Generic，此类型用于编写与E300通讯的指令。我们通过读取和控制E300 的各个接线引脚的信号即可，编写控制指令为cls：8代表数字输入、9代表数字输出;ins：引脚号、att：3代表读取数据。

4.最后点击save list to flash保存指令，需重启网关后配置命令才生效。

编写的三条指令表示将IP地址是192.168.0.2的E300的input tp00、input tp01、input tp02的值放入beacon网关寄存器地址200、201、202中，我们通过IE浏览器对E300马达保护器进行访问，查看内部输入状态，查看到inputtp00和inputtp01有信号。然后再通过谷歌浏览器查看网关寄存器地址200、201中收到的数据，其数据内容与E300马达保护器中的一致，实验证明网关可以读取马达保护器中的数据。

然后再测试网关写数据到马达保护器，所需的指令与读取指令相类似，主要是设置好数据写入的地址以及设置好cls、ins、att三个参数。我们测试是将网关寄存器地址203、204、205的数据写入到E300的R03R04、R13R14、R23R24。但通过IE浏览器查看E300马达保护器的输出状态，但outputStatus无输出状态，表示网关给马达保护器写入数据失败。

根据此问题查阅马达保护器说明书及咨询AB技术人员，得到结论为E300支持Device logix编程模式，E300本身已经将数字量输出点用于程序输出，需要通过其内部的逻辑程序才可控制，但我们对其内部程序并不能进行修改;并且beacon网关只支持ethernet/ip class3的通讯方式，需采用class1的模式才可对E300数字量输出直接控制，跟据对class code9 的研究以及综合分析，可以采用强制的方式对输出点进行控制，因为即使数字量输出应用于内部逻辑程序，仍然可以通过强制的方式对数字量输出点进行控制，所以又进行了第二次尝试。对输出编写的指令进行更改，要是att改为参数115与116一起使用。

参数115代表强制使能，对output01启用强制，参数116代表强制写将强制值写进output01。指令修改之后，查看E300马达保护器中参数18 outputstatus，其中的outputpt01显示为ON，表示写入成功，既网关对马达保护器的输出进行控制，这样就可以实现对设备信号的读取和启停控制。

但此方法为Ethernet ip class3的通讯模式，且适用于网关固件版本1.02.053以前的老版本，采用强制的方式对E300进行控制，有配置参数繁多，步骤麻烦，指令编写工作量大等缺点，在系统运行一个月后出现个别E300的非易性内存报错等现象。

在出现非易失性内存报错时，E300模块上MS灯红色长亮，重新上电后故障依然存在，对其进行初始化设置或重新升级固件的操作后恢复正常。重新插入网线依然报错，为解决此问题继续进行改进测试。

对恢复出厂设置的E300进行编写devicelogix程序，对output01进行应用，然后对E300的内部参数164配置預设置为customoverload和参数346设置为ENABLE，启用编程模式。下载进入E300，实现简单逻辑，通过对164参数的更改，将工作模式改成用户控制过载模式。此种方法可以解决E300报错的问题，连续使用几个月也没有报错发生。

另外将网关的固件升级到高版本，其内部设置message type：connected ，采用Ethernet ip class1的通讯模式可直接对数字量输出引脚进行控制，且无需强制，避免E300报错，通讯也更加稳定，另外也节省很多参数设置的时间。同时也可读取设备电流和故障复位等操作。

3.2霍尼韦尔dcs与Beacon网关进行modbus tcp通讯

网关从现场马达保护器取得数据后，需再设置与霍尼DCS之间的modbus tcp通讯。网关无需做额外的配置，下面详细介绍霍尼DCS使用PCDI模式的配置方法。

1.添加master功能块，此功能块相当于在DCS系统中添加网关，在control builder中New→I/O Modules→PCDI→PCDI_MASTER Block。

2.双击添加的master功能块，会弹出master功能块的属性界面，在Main参数界面中自己定义模块名称（module name），本例中模块名称为”PCDI_MASTE_10214”;设备类型（device type）安实际需要进行选择，本例中选择single MODBUS tcp device类型，其余参数保持默认即可。

3.在module configuration 参数界面中设置modbus從站的IP地址（10.1.0.234为网关的E2端口IP地址），端口为502 为modbus tcp的通讯端口，其余选项保持默认。

4. 在slave configuration参数界面中设置commands下的unit Id为对应实际的从站地址，默认为255，本例中网关地址为1，command勾选前7项即可，其余保持默认设置即可。

5.配置完PCDI_MASTER Block参数后点击ok，在unassigned中找的刚刚建立的PCDI_MASTER Block分配到所对应的控制器程序下。

6.将分配好的PCDI_MASTER Block下载，下载后在monitor监视PCDI_MASTER Block为绿色，既表明与网关成功建立通讯链接，剩余需匹配相应的地址位。

7.新建立一个control module作为通讯程序块，在其中调用PCDINUMARRCH块实现与网关数据存储区中的模拟量通讯。

8.双击PCDINUMARRCH块对参数进行配置，在main界面Master Block Name选择之前建好的PCDI_MASTER Block，本例中为PCDI_MASTE_10214，点击Assign Request Block分配一个Channel。

9.在configuration中，Device Address为从站设备的站地址;Starting Element Index为通讯数据的起始地址;Number of numeric values为要读取数据的数量;当读取数据为双字长度的数据是将“LONG”勾选;read/wirte option根据需要选择，默认是WriteOnDiff。

10.设置完成后点击ok，保存下载control module 在monitor中监视PCDINUMARRCH状态为run，表明通讯成功。

四.总结

普朗项目第一次大批量采用网关进行协议转换的方式来实现霍尼DCS与AB-E300系统间的通讯，经过反复试验、测试，最终实现系统稳定运行。随着网关技术的发展，对于不同系统之间的集成工作会越来越成熟，经过普朗项目的实施，在我们自动化集成的技术上又迈进了一大步。

参? 考? 文? 献

[1] . E300 Electronic Overload Relay User Manual

[2] . PlantCruise by Experion Control Building Users Guide

[3].刘长坚.信息化在矿山管理中的研究[J].中国矿业，2011，20（7）.

[4].卢新明，尹红.数字矿山的定义、内涵与进展[J].煤炭科学技术，2010（38）：48

杜国军（1984-3-），民族：汉族，籍贯：黑龙江，学历：本科，职称：工程师，研究方向：工业自动化

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