1、引言

    現(xiàn)場總線技術自70年代誕生至今，由于它在減少系統(tǒng)線纜，簡化系統(tǒng)安裝、維護和管理， 降低系統(tǒng)的投資和運行成本，增強系統(tǒng)性能等方面的優(yōu)越性，引起人們的廣泛注意，得到大 范圍的推廣，導致了自動控制領域的一場革命。  現(xiàn)場總線的功能是：①經(jīng)濟、安全、可靠地傳遞信息；②正確使用所傳信息；③及時處理所傳信息。經(jīng)濟性要求現(xiàn)場總線在傳遞信息的同時，解決現(xiàn)場裝置的供電問題，并要求傳輸介質較廉價。安全性要求現(xiàn)場總線解決防爆問題。可靠性要求現(xiàn)場總線解決環(huán)境適應性問題，包括電磁環(huán)境適應性（傳輸時不要干擾別人，也不要被別人干擾）、氣候環(huán)境適應性（要耐溫、防水、防塵）、機械環(huán)境適應性（要耐沖擊、耐振動）。 

    2007年藍星石化公司天津石油化工廠重油催化裝置進行設備改造，對接近300點的溫度指示信號采用多路溫度轉換器(MTL800)進行采集，轉換成數(shù)字通訊信號傳給DCS系統(tǒng)，依據(jù)現(xiàn)場溫度檢測點的分布，在裝置區(qū)設置了10個溫度采集箱，所有的溫度信號通過補償導線連接到采集箱，從采集箱通過通訊電纜連接到主控室的DCS系統(tǒng)。上述方案比較直接從現(xiàn)場使用補償導線連接到主控室的DCS中的常規(guī)施工方法要節(jié)省1/3的施工時間和1/2的費用，其中可以節(jié)省大量的DCS的過程通道板卡和安全柵，節(jié)省大量的補償導線和輔料及其人工費。系統(tǒng)投用后，達到設計要求。

2、系統(tǒng)結構

    多路溫度轉換器的系統(tǒng)組成由信號變送單元和接收單元組成，熱電偶的毫伏信號(或其它類型溫度信號)進入變送單元后轉換為數(shù)字信號，變送單元的數(shù)字信號通經(jīng)過安全柵進入到接收單元，現(xiàn)場變送單元與安全柵構成本安回路，從而使得變送單元可以直接安裝在危險區(qū)（0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)）。多路溫度轉換器的每個接收單元可以帶2個變送單元，變送單元安裝在現(xiàn)場的采集箱內, 每個變送單元最多可以采集16路溫度信號，其供電方式為回路供電，為確保系統(tǒng)可靠性，變送單元與接收單元之間的通訊，以及接收單元同DCS的通訊都采用冗余配制，當發(fā)生故障時， 數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)能夠無擾動地自動切換，并產(chǎn)生系統(tǒng)診斷報警，在切換時保證數(shù)據(jù)完整,多路溫度采集系統(tǒng)同DCS的通訊協(xié)議為 MODBUS-RTU.系統(tǒng)結構參見附圖一<多路溫度采集系統(tǒng)結構圖>

 附圖一<多路溫度采集系統(tǒng)結構圖>

                 
3、信號變送單元和接收單元設置

    3.1 變送單元地址的設置

    每個接收單元838B-MBF可以和兩個變送單元831B連接，因此必須對這兩個831的地址和信號輸入類型進行定義。開關設置的方法是：打開831B的上蓋，找到兩個開關，SW100和SW101。SW100是用于定義地址，如01或02；SW101適用于定義輸入類型的，如熱電阻或熱電偶。831B在初始狀態(tài)是：地址為01，輸入類型為熱電偶。見附圖二<變送單元地址開關圖)

 附圖二<變送單元地址開關圖)

                 

    3.2  接收單元地址的設置

    3.2.1定義和上位機通訊的地址參數(shù)。

    打開838的上蓋，在838上一共有4個狀態(tài)開關。見表一<轉換單元地址開關狀態(tài)表>SW101用于設置838的MODBUS 地址，如當?shù)刂肥?時，SW101 的設置狀態(tài)如下：
見附表一<轉換單元地址開關狀態(tài)表>
1   2   3   4   5   6   7   8
SW101 ON  OFF  OFF  OFF  OFF  OFF  OFF  OFF
             
 

表一 <轉換單元地址開關狀態(tài)表>

    3.2.2定義和上位機通訊的通訊參數(shù)

    SW301 是由于設置通訊狀態(tài)的，見附表二 <轉換單元通訊參數(shù)狀態(tài)表>
如果通訊為：波特率9600，起始位1，停止為1，奇偶校驗為none，SW301的設置狀態(tài)如下：
1   2   3   4   5   6   7   8
SW301 ON  OFF   ON  OFF  OFF  OFF  OFF  OFF

 附表二 <轉換單元通訊參數(shù)狀態(tài)表>

               

    3.3用PC機上的RS232接口同838進行通訊

    上述步驟完成后,在與DCS連接前,需要進行簡單組態(tài),首先將838上的MODE和COM端（4和5）用線短接后，將838的24VDC 斷電后再送電，這樣可以觸發(fā)接受單元的組態(tài)通訊口（RS232接口），在PC 機與接收單元建立通訊后，利用專用組態(tài)軟件對現(xiàn)場輸入信號類型、變送單元數(shù)量、開路報警狀態(tài)等進行組態(tài)。當組態(tài)完成后，將短接線拆掉并重新對838進行電源開關復位，這樣轉換單元838才能同DCS進行通訊。

    通過上述步驟,可以完成對變送單元和轉換單元的組態(tài)設置.

    3.4 接收單元同DCS的通訊參數(shù)設置

    3.4.1參數(shù)設置：

    波特率：9600

    數(shù)據(jù)位：8

    停止位：1

    奇偶校驗：非奇非偶校驗 (NONE）

    節(jié)點地址：1——3、4——6、7——9

    熱點偶類型：K、E

    3.4.2 起始地址

    每個838傳送的地址從30015開始，每個通道的地址詳見附表三<接收單元通道地址分配表>。現(xiàn)場來的溫度值已由838擴大了10倍，因此DCS在收到傳送的數(shù)據(jù)后需要除10進行還原。見附表三<接收單元通道地址分配表>

附表三<接收單元通道地址分配表>
                 

4 .DCS系統(tǒng)中程序說明

    整個系統(tǒng)共有9個接收單元，每3個接收單元為一組，每組中的3個接收單元的通訊接口進行并聯(lián)后，接入DCS系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)中安裝3塊采集卡，分別是1、2、3#模塊,DCS中的每塊采集卡采集3個接收單元的數(shù)據(jù)，見附圖三<接收單元與DCS連接原理圖)。DCS采集卡可帶不止3個接收單元，要根據(jù)生產(chǎn)裝置數(shù)據(jù)刷新時間要求和DCS系統(tǒng)掃描時間而定。
 

附圖三《接收單元與DCS連接原理圖》

    程序采用SCX語言編制,此語言類似C語言,主要程序如下:

int phase,error;
main()
{
 long j;
 int i, a[32];
 float  f;
 sfloat sf,te[32];
 setcomm(9600,0);  //波特率
setdelaytime(250);//設置延時等待時間, 當?shù)却龝r間已到，卻未收完返回數(shù)據(jù)，這條通訊命令就會退出等返回-1.
// 1#模塊讀取程序
   if (phase==0)   //設置讀取周期
   {  
TAG("RETURN1")=readinputreg(1,14,32,a); //讀溫度，1個寄存器存放1個溫度，30014為起始寄存器的地址, 讀1號地址的智能設備中，14號輸入開始的32個輸入的狀態(tài)，其狀態(tài)值存放在事先定義的sfloat數(shù)組中.
    setdelaytime(250);
    if(_TAG("RETURN1")==0 )   //通訊成功
   {
   for(i = 0;i < 32;i= i+1)      //讀取模塊中的32個寄存器
    {
    f = itof(a[i]);
    f=f*0.1;                 //縮小10倍,還原被接收單元放大的數(shù)據(jù).
    f = f * 0.001;           // 實際溫度量程（0～1000℃）
    te[i] = ftosf(f);        // 溫度用sfloat位號組態(tài)
_TAG("TI-105-01")[i]=te[i]; //將模塊寄存器中數(shù)據(jù)依次存放于組態(tài)位號中，組態(tài)位號次序由自定義變量序號決定.
    }
   }
 }
if (phase==1) //為防止數(shù)據(jù)丟失，連續(xù)讀取第2個周期，與第一周期讀取設置相同。
   {  
    _TAG("RETURN1")=readinputreg(1,14,32,a);
    setdelaytime(250);
   if(_TAG("RETURN1")==0 )
   {
   for(i = 0;i < 32;i= i+1)
    {
    f = itof(a[i]);
    f=f*0.1;                //縮小10倍,還原被接收單元放大的數(shù)據(jù).
    f = f * 0.001;         // 實際溫度量程（0～300℃）
    te[i] = ftosf(f);
    _TAG("TI-105-01")[i]=te[i];
    }
   }
 }
  //2#模塊讀取程序，功能同1#模塊
      .
      .
      .
//3#模塊讀取程序，功能同1#模塊
 .  
      .
 .
 phase=phase+1;//主控卡運行周期+1，讀取周期+1
 if  (phase<0 OR phase>5)//限定讀取周期，每2個周期讀取1個模塊，讀取完3#模塊后周期清零重新從1#模塊開始讀取，保證數(shù)據(jù)的刷新。
 {
   phase=0;
 }
 }          

5、結論

    多路溫度轉換器的應用,核心技術是解決與DCS的通訊問題.所以采用標準的通訊協(xié)議(例如:MODBUS-RTU協(xié)議)可以實現(xiàn)與各廠家的DCS系統(tǒng)進行通訊.每家的產(chǎn)品都具有不同的技術特點,其設置方法和調試要求也不盡相同,要針對通訊技術的要求,選擇正確的運算方法,進行程序編制.但采用一個多測量點、寬量程的智能溫度測量應用系統(tǒng),其應當結構簡單、價格便宜、量程寬、有較高的可靠性、安全性及實用性. 上述問題的解決方法具有普遍使用意義，可以供大家參考和借鑒。

6、參考文獻：

    1 沙占友. 智能化集成溫度傳感器原理與應用［M］. 北京：機械工業(yè)出版社，2002 

    2 王常力，羅安主編．集散型控制系統(tǒng)的選型與應用．清華大學出版社，1996年6月第1版．