CAN总线设备在DCS中的应用

0 引言

    山东某化纤公司制氧站车间空分装置使用了4台Atlas压缩机用于生成氧气和氮气等气体。Atlas压缩机内部采用了高效率的CAN总线，但是其无法和其他设备进行数据交互，因此，用户无法更有效地控制压缩机运行，这给用户带来了一定的不便，增加了控制难度。

    针对Atlas压缩机采用CAN总线的特点，浙江中控在该空分项目中采用WebField ECS．100 DCS控制系统，通过Profibus-DP总线实现对Atlas压缩机的远程监控。

1 ECS-100 DCS控制系统特点

    WebFiled ECS-100 DCS控制系统是浙江中控技术股份有限公司为适应网络技术的发展而推出的基于网络的现场控制系统。该系统采用现场总线技术、冗余技术和开放的信息集成平台技术，实现了控制系统的网络化、智能化和数字化。ECS-100 DCS控制系统为工厂组建了一个开放式的全集成环境Workspace，实现了多种总线兼容和异构系统综合集成的“智能化工厂”信息模型。

    ECS-100控制系统由控制节点(包括控制站、通信接口等)、操作节点(包括工程师站、操作员站、服务器站、数据管理站)和通信网络(管理信息网、过程信息网、过程控制网、I／O总线)等构成，方便实现生产过程信息的集中显示、集中操作和集中管理。

2 设备配置和网络结构

2.1 Atlas压缩机的设备配置

    用户使用的Atlas压缩机采用了ElektronikonMkIV控制器，并且通过CAN总线进行多台Atlas压缩机的联合控制。针对Arias MkIV控制器，用户配套了一块通信接口处理器(CAN网关设备)ComBox-P。该通信处理器为Profi-Can DP-Bridge，其一方面作为CAN总线的一个节点设备，根据指令获取指定CAN节点(压缩机)的参数和运行信息；另一方面作为Profibus-DP从站，接收DP主站过来的指令，根据DP主站指令返回压缩机实时数据信息。

    ComBox-P通信处理器提供了2个9针串口。其中，标号为1OX1的串口连接CAN总线，其CAN地址可以通过对应的拨号开关设置为20；标号为10X16的串口连接Profibus-DP总线，其DP地址可以通过对应的拨号开关设置为15，实现总线地址的设置。通过在这2个9针串口上连接相应的CAN总线电缆和DP总线电缆，可完成Atlas通信处理器的连接和设置。

2.2 ECS-100控制系统的设备配置

    ECS-100控制系统提供了一块Profibus-DP主站接口卡FW239-DP。作为ECS-100控制系统的SCnet II网络节点之一(在SCnet II中，FW239-DP处于与主控制卡同等的地位)，FW239-DP接口卡在Profibus-DP总线中以主站形式存在，它可以将标准Profibus-DP从站设备连入ECS-100系统；通过SCnet II站间的通信协议，可以对DP从站进行参数的读、写操作，并且可成功地与系统内控制站和操作站等进行信息双向通信，使异构设备成为ECS-100 DCS的一部分(子系统)。

2.3 系统互联网络结构

    ECS-100控制系统通过FW239-DP主站接口卡和Atlas压缩机的ComBox-P通信处理器实现DP总线的连接。其中，FW239-DP主站接口卡还通过以太网作为SCnet lI网络的一个节点和DCS控制系统的主控制卡连接，构成系统的核心处理单元；而ComBox-P通信处理器则通过CAN接口和多台压缩机控制器进行连接。系统互联网络结构如图1所示。

图1 系统互联网络结构图

3 组态软件的设置和通信编程

3.1 参数的设置

    系统的网络连接完成后，还需要对Profibus总线及DP设备进行设置。系统通过FW239-DP卡配套的SYCON软件实现DP参数的设置。设置过程如下：运行SYCON软件，并导入ComBox-P设备描述文件Pmfi2Can．gsd；在SYCON软件中新建一个项目并增加DP主站设备(FW239-DP)，地址设置为1；增加DP从站设备(ComBox-P)，地址设置为15；双击从站设备，在弹出的对话框中增加16字节的输入和16字节的输出，表示FW239-DP可以写给ComBox-P设备16个字节的指令(指定需要获取的压缩机参数)，读取ComBox-P设备16个字节的信息(返回压缩机指定参数的实时数据信息)。

    在SYCON软件中，除了对DP主站设备和从站设备进行设置，还需要对DP总线的波特率等参数进行设置。至此，保存配置软件，完成DP参数的设置。[page]

3.2 FW239-DP卡的通信编程

    3.2.1 ComBoxp-P处理器通信格式解析

    由于ComBox-P通信处理器输入和输出各为16个字节，因此，一次最多只能传输2个参数的实时数据。ComBox-P处理器根据从DP主站FW239-DP发送过来的16个字节命令信息进行分析。ComBox-P处理器的通信数据包格式如图2所示(以传输1个参数信息的8个字节为例)。

图2 通信数据包格式

    图2中：第一个字节肋为数据标志头，它含有功能码(读或者写操作)和错误码。完成一次数据通信后，数据标志头需要更改，更改方法是对该字节的高3位进行改变，在读实时数据的实际通信中，该字节可以在9、73、137、201中循环选择发送；B1为压缩机的CAN地址，DP主站可以通过改变该地址读取多台压缩机的实时数据；B2、B3为压缩机具体的参数地址，改变该地址，可以获得空压机的振动、油温和油压等实时数据；B4～B7为空压机实时数据存储区。DP主站发送数据时，B4～B7区域字节可以为空；DP从站(Corn-Box-P通信处理器)返回数据时，实时数据就存放在B4、B5字节中，DP主站FW239-DP就可以读出该实时信息并在DCS控制系统中进行显示。

    3.2.2 FW239-DP卡的设置和编程

    FW239-DP卡组态设置如图3所示。

设置

图3 FW239-DP卡组态

    根据ComBox．P通信处理器的数据处理规则，FW239-DP的设置如下。

    ①运行ECS-100组态软件SCKey，选择FW239-DP卡件，选择SYCON软件生成的DP配置文件。此时，在界面中形成位号信息，对全部位号选择“受控”处理，并且指定受控主控卡地址，从而完成FW239-DP卡的设置。

    ②在受控主控卡中进行程序编写，同时，打开SCKey的图形编程组件，插入发送命令模块Atlas和读取数据模块ATLR，将得到的数据赋值给DCS位号，并且在监控画面中进行显示。

    ③Atlas和ATLR功能块采用SCKey组态软件自带的ST语言编写，实现了具体的指令选择和数据解析工作。

    Atlas指令选择在ST段落中的编写代码大致如下。

    nFlag=9；
    nAddr=1；
    nFunLow=4；
    nFunHigh=O：
    TEMP11=MUL_INT(nAddr，256)；
    TEMP12=ADD_INT(TEMP11，nFlag)；
    TEMP13=MUL-INT(nFunLow，256)；
    TEMP14=ADD_INT(TEMPl3，nFunHigh)；

    ATLR数据解析在ST段落中的编写代码大致如下。

    dwtemp1=LONG_TO_DWORD(S02_C0000)；
    dwtemp2=AND_DWORD(dwtemp1，7)；
    TEMPI=GETINT(dwtemp1，1)；
    IF dwtemp2=0 AND TEMP1=TEMP14 THEN
    dwtemp1=LONG_TO_DWORD(S02_C0001)；
    w1=GETWORD(dwtemp1，0)；
    w2=AND_WORD(w1，255)；
    w3=w1／256；
    ATL1=WORD_To_INT(w2)*256+WORD TO_INT(w3)；
    END_IF：

4 结束语

    由于Atlas压缩机系统通过Profibus-DP总线成为了ECS-100 DCS控制系统的一个子系统，因此，操作人员可以在控制室中实时查看压缩机的运行情况，并且对压缩机发出启／停控制命令，动态修改压缩机的连锁和报警参数。

    对于CAN总线设备而言，它也可通过CAN网关设备，将通信方式转换为同样高效、安全的Profibus-DP总线通信，从而获得大部分DCS控制系统的支持。通过Profibus-DP总线和CAN网关设备的应用，有效地解决了DCS控制系统对CAN总线设备进行可靠监控的问题。