EPKS系統與SIS系統通訊的應用

張小蘭

(中韓(武漢)石油化工有限公司，湖北 武漢 430000)

中韓石化所采用的自動化控制系統是由DCS(集散控制系統)和SIS(安全儀表系統)相結合的一套完整的以生產操作、自動控制及安全保護為核心的工業控制系統。通過DCS系統完成對生產操作相關的常規數據采集及設備控制等一系列的生產過程控制；SIS系統完成對生產操作相關的過程設備(機組)的安全保護控制。中韓石化DCS系統選用的是美國HoneyWell公司的Experion Process Knowledge System系統，SIS系統選用的是北京Consen公司的Safe Instrument System系統。

1 EPKS與SIS的系統關聯

EPKS系統在正常的生產操作過程中連續測量，常規控制，為了使生產操作處于一個安全、穩態或者更為優化的控制范圍，EPKS系統始終進行一個通過對被控變量持續測量從而達到對控制不間斷的反饋式調節方式來使得工藝參數波動的不那么劇烈；而SIS系統按照安全獨立的原則要求在工業上安全等級具有優先處理權，其本身獨立于EPKS系統且安全級別亦高于EPKS系統。在工藝生產正常操作時它是靜默的，不會發出任何動作，當相關工藝參數觸發聯鎖值時SIS系統的輸出信號優先于EPKS的控制信號立即接管EPKS的控制繼而發出相應動作達到保護過程設備和人員安全的要求。

2 EPKS與SIS的系統通訊

2.1 EPKS與SIS的系統通訊網絡構成

EPKS系統內部通訊是通過容錯以太網(FTE)來實現的，而與SIS的系統通訊則是基于ModBus通訊協議，RS-485通訊接口來完成的[1]。

ModBus協議是一種廣泛應用于當今工控領域的通訊協議，該協議定義了主站(Master)能使用和識別的信息結構。當在ModBus網絡上進行通訊時，協議能使每一臺主站(Master)知道他本身的地址，并識別對它尋址的數據，決定應起作用的類型，從而取出指向從站(Slave)相應地址下的數據信息；同時主站(Master)也可組織回答信息，并使用ModBus協議將此信息傳送給相應的從站(Slave)[2]。

EPKS系統與SIS的系統通訊遵循ModBus協議，其系統結構既包括硬件，也包括軟件。數據通訊過程大致為：SIS系統中的關鍵過程參數通過其TCM網絡通訊模塊上的RS-485通訊接口由RS-485通訊電纜連接至終端服務器(Terminal Server),再由終端服務器(Terminal Server)經由并行網線連接至EPKS系統內部的網絡交換機，最后同步到EPKS各層FTE網絡中用于顯示。

在中韓石化工控系統中EPKS與SIS的系統通訊定義EPKS系統為主站(Master)，SIS系統為從站(Slave)，分別通過終端服務器(Terminal Server)和TCM網絡通訊模塊完成數據通訊。當EPKS系統與SIS的系統在ModBus網絡上進行通訊時，該協議就決定了EPKS必須要知道SIS系統的通訊設備地址，識別按地址發來的信息，并決定要產生相應的動作；如果需要回應，EPKS系統也會產生反饋信息并最終通過ModBus協議按址發送給SIS系統。

2.2 EPKS與SIS的系統通訊組態

2.2.1 SIS的通訊組態

TCM網絡通訊模塊作為SIS系統的從站通訊設備是SIS系統的專用通訊模件，SIS系統通過它可以和ModBus主站完成數據交換。一塊TCM模塊上有4個RS-232/RS-485串行接口，可以完成工程師站及ModBus主從站的組態。相關的設置也需要通訊協議、波特率、數據位、停止位、通訊接口、握手方式、奇偶校驗位及高低位等(詳見圖1)。

圖1 TCM網絡通訊

2.2.2 EPKS的通訊組態

2.2.2.1 硬件組態

圖2 串口設置

首先要完成對EPKS系統主站通訊設備終端服務器(Terminal Server)的硬件組態，按照中韓石化工控系統冗余配置的要求，終端服務器(Terminal Server)一般都成對出現。通常我們對終端服務器(Terminal Server)會做一些“串口”和“操作”方面的設置；“串口設置”一般是相關的通訊協議、波特率、數據位、停止位、奇偶校驗位及連接方式等[3](詳見圖2)；“操作設置”要注意的一個是操作方式的選擇，在與SIS系統通訊時通常設置為：TCP Server Mode，它的主要特點是全雙工方式傳輸，采用字節流方式，保證了數據傳輸的高可靠性；另一個就是Local TCP Port選擇，我們知道每一臺終端服務器都有8個串口，對應的地址分別是：4001-4008，所以要根據實際的硬件連接寫入相應的串口地址(詳見圖3)。

圖3 操作設置

2.2.2.2 軟件組態

EPKS系統中第三方通訊的組態工具是Quick Builder，在Quick Builder中一般需要完成 “通道組態”、“控制器組態”及“點組態”[4]。

①通道組態：實際應用中所使用到的ModBus網絡可能不止一個，所以為了將相對獨立的ModBus網絡區分開來，需要定義基于ModBus類型的通道，以便于EPKS服務器能快速、有效的識別(詳見圖5)。

②控制器組態：在通道定義完成以后，要對通道所屬的控制器進行定義。此處所說的控制器是基于ModBus網絡的虛擬控制器，實際中并不真實存在。根據需要一般會定義多個控制器，提供不同的數據類型，每種不同的數據類型需要單獨的定義一個控制器(詳見圖6)。

③點組態：“點組態”中的重點是“PV Source Address”， 主要填寫關聯控制器和ModBus地址，PV Source Address填寫的正確與否將直接影響EPKS系統讀取數據的準確性。PV Source Address的格式因該“點”的數據類型的不同而不同(詳見圖7)。

3 EPKS系統與SIS系統通訊的應用

以中韓石化EO/EG裝置K-115循環氣壓縮機COMMON TRIP信號f1700_UXA_18101通訊至EPKS系統為例進行詳細說明。

CCS系統中f1700_UXA_18101是循環氣壓縮機聯鎖停機信號，該信號匯總了所有會引起停機的聯鎖條件。一旦其中某個信號不滿足機組運行條件則會立即觸發聯鎖停機程序，同時為了方便操作工及時記錄和分析停機過程及原因也需要把該聯鎖信號f1700_UXA_18101的狀態值通訊至EPKS系統。

(1)CCS系統中f1700_UXA_18101信號是打包后集中發給EPKS系統，則需要記住該點打包后的通訊地址[5](詳見圖4)；

圖4 EPKS系統與SIS系統組態

(2)EPKS系統根據實際硬件配置(接口類型選擇Terminal Server，終端服務器串口地址為4003，通訊協議選擇ModBus 等)完成對應通道的軟件配置[6](詳見圖5)；

圖5 通道組態

(3)定義通道所屬的控制器，主要填寫PLC Station ID、數據類型、報警限制值設置等。

圖6 控制器組態

(4)選擇正確的通道和控制器并寫入該點在CCS系統中的地址(詳見圖4)，完成“點組態”(詳見圖7)；

圖7 通訊點組態

對“點”的地址進行組態時，如果單個數字量點單獨按各自的地址通訊往往會占用更多的網絡地址通道，一方面浪費了地址空間另一方面組態時多為重復性的工作且效率較低。中韓石化通常在大批量的數字量點通訊時采用將幾個數字量點打包一起傳輸的方式，這種通訊方式一方面減少了組態時冗長的重復性工作，另一方面也大大節省了網絡地址空間。

本文就循環氣壓縮機COMMON TRIP信號f1700_UXA_18101的地址組態為例做簡要說明：前面提到該點在CCS系統中定義的通訊地址為：31041第9位(詳見圖4)，按照打包數據通訊尋址的方法可如下圖方式設置： Controller項選擇之前建立的模擬量控制器，本文即CCS_AI；Location項前半部分寫入ICM功能塊地址：31041，空格后寫入PACK位數減1的數字，本文即31041 8(程序下裝后Location地址默認第一位為0)。

圖8 地址組態

4 結 語

通過EPKS系統與SIS系統通訊的應用，實現了中韓石化基于自動控制系統對生產過程快速、高效、穩定的實時采集、遠程監控、安全可靠的系統集中管理體制。EPKS系統與SIS系統通訊的完美實現，進一步提高了中韓石化生產自動化的控制水平，同時在生產操作方面使得操作人員能夠方便有效地獲取重要生產操作信息。該技術在中韓石化的實際應用為乙烯生產、下游供應等一系列生產過程提供了最快捷的信息以及最安全的解決方案。