DCS與第三方設備通信基礎與調試指導

1、DCS 與第三方設備通訊基礎與調試指導應用開發(fā)部技術支持與通信開發(fā)目 錄1. 通訊基礎 . 5 1.1. 概述 . 5 1.2. 通訊協議 . . 5 1.3. 數據通道表 . 5 1.4. 通訊介質 . . 5 1.4.1. 串口 . 51.4.2. 以太網 . . 82. 通訊方案 . 9 2.1. 通訊分類 . . 9 2.1.1. DCS 采集、控制第三方設備 . 9 2.1.2. DCS 采集、監(jiān)視第三方系統(tǒng)數據 . 9 2.1.3. DCS 將實時數據傳送給 MIS 網 . 9 2.2. 通訊需求 . . 9 2.2.1. 用戶的通信功能需求 . 9 2.2.2. 明確設備配置情況

2、 . 10 2.2.3. 明確設備的通信功能 . 10 2.2.4. 明確通訊協議 . . 10 2.2.5. 通信信息表 . 10 2.3. 通訊方案設計 . 11 2.3.1. 通訊站配置原則 . 112.3.2. 通訊方式選擇 . . 11 2.3.3. MOXA 卡的選型 . 122.3.4. 通信模塊選擇 . . 133. 通訊調試 . 13 3.1. 調試步驟 . . 13 3.1.1. MOXA 卡安裝 . 13 3.1.2. 通訊線連接 . 14 3.1.3. 通道測試 . 14 3.1.4. 通訊組態(tài) . 14 3.1.5. 運行模塊 . 14 3.1.6. 通訊資料備份 .

3、 . 15 3.2. 常見問題 . . 15 3.2.1. 設備響應超時 . . 15 3.2.2. DCS 數據不刷新 . 15 3.2.3. 數據跳變 . 15 3.2.4. 數據與設備顯示不一致 . . 16 3.2.5. 數據刷新緩慢 . . 16 3.3. 通訊測試工具 . 16 3.3.1. 通用串口通訊測試工具 . . 16 3.3.2. MODBUS 主站、子站模擬器 . 16 3.3.3. 模擬 CDT 主站 . . 16 3.3.4. 端口精靈 Wizport . 163.3.5. 串口監(jiān)視工具 portmon . . 17 3.4. 典型模塊調試 . 17 3.4.1.

4、MODBUS 主站 EXE 通訊模塊 . 17 3.4.2. CDT 主站 DLL 通訊模塊 . . 17 附錄 . . 18A.MODBUS 設備數據通道表示例 . 18B.CDT 規(guī)約數據通道表示例 . . 18C. 技術支持通信開發(fā)組成員 . 191. 通訊基礎1.1. 概述一臺 PC 機與一(多臺設備(如 PLC 、智能儀表、保護裝置 、 PC 機之間進行通訊實際 上是在互聯的通訊線上遵守相同的通訊協議進行正確的數據傳輸。1.2. 通訊協議所謂通信協議是指通信雙方的一種約定,通信雙方必須共同遵守。協議內容包括 :通訊 介質及其設置參數說明, 主從機通訊報文種類、 報文格式、 傳送步驟

5、(過程 及其詳細說明, 如有校驗碼,則必須包含校驗碼的算法,報文數據表(包括數據序號、數據類型、取值范圍 等 ,如對數據需進行特殊轉換則必須給出說明(如放大倍數、校正方法等 。1.3. 數據通道表數據通道表是對通信點組態(tài)的根據, 一般由設備廠家根據具體工程需要提供, 有時也包 含在通訊協議中。數據通道表內容通常包括:工程采集數據的順序序號(或寄存器地址 、 數據類型、比例系數。1.4. 通訊介質1.4.1. 串口串口通訊線通常用屏蔽雙絞線 STP (芯數與具體接線要求相關 。(1 RS232/RS485/RS422的區(qū)別串口按電氣特性可分為 RS-232、 RS-422與 RS-485,按照數

6、據流的方向可分成三種基 本的傳送方式:全雙工、半雙工、和單工。它們都是串行數據接口標準,用戶可以建立自己 的高層通信協議利用串口通訊實現 PC 機與設備之間的通訊。標準波特率系列為 110、 300、 600、 1200、 4800、 9600和 19200bps 等。 . RS-232通信距離短、速率低,傳送距離最大為約 15米,最高速率為 20kbps 。 RS-232是為點對點(即只用一對收、發(fā)設備通訊而設計的, RS-232適合本地設備之間的通信。 . RS-422最大傳輸距離為 4000英尺(約 1219米,最大傳輸速率為 10Mb/s。其平衡雙絞線的 長度與傳輸速率成反比, 在 1

7、00kb/s速率以下, 才可能達到最大傳輸距離。 只有在很短的距 離下才能獲得最高速率傳輸。 一般 100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為 1Mb/s; 允許在一條平衡總線上連接最多 10個接收器,支持點對多的雙向通信,從設備之間不能通 信。 RS-422在矩距離傳輸時可不需終接電阻,即一般在 300米以下不需終接電阻。終接電 阻接在傳輸電纜的最遠端,終接電阻一般取 100。 RS-422采用四線方式。 . RS-485RS-485許多電氣規(guī)定與 RS-422相仿(如傳輸最大距離、最高速率,在傳輸線上接終接 電阻等。 RS-485可以采用二線與四線方式,二線制可實現真正的多點雙向通信,

8、而采用 四線連接時,與 RS-422一樣只能實現點對多的通信,即只能有一個主(Master 設備,其 余為從設備,但它比 RS-422有改進, 無論四線還是二線連接方式總線上可多接到 32個設 備。 RS-485需要在總線電纜的開始和末端都需并接終接電阻, 終接電阻一般取 120(約等 于傳輸電纜的特性阻抗,大多數雙絞線電纜特性阻抗大約在 100120。在矩距離傳輸 時可不需終接電阻,即一般在 300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸總線的兩端。 . RS-422與 RS-485的網絡安裝注意要點網絡拓撲一般采用終端匹配的總線型結構, 采用一條雙絞線電纜作總線, 將各個節(jié)點串 接起來,從總線

9、到每個節(jié)點的引出線長度應盡量短,不支持環(huán)形或星形網絡。 . RS-232、 RS-422與 RS-485通訊特性對照表注 :通常串口通訊速率選擇 9600bps , 8位數據位, 1位停止位。(2串口擴展方法 . 串口轉換器:實現 RS-232與 RS-485的轉換、 RS-232與 RS-422的轉換。 . 串口數擴充:選用多串口卡,目前工程常用 MOXA 公司的多串口卡,選卡遵循下列 原則:a. 與通訊站總線(插槽類型相同b. 支持通訊站的操作系統(tǒng)c. 如果選 RS485接口則選擇具有內置數據流向自動控制(ADDC 功能的多串口卡d. 如果選 RS485/422接口且距離超過 300米則選

10、擇內置終端電阻的多串口卡f. 最好選用帶光電隔離、浪涌保護功能的多串口卡。(3基本接線方法 . RS232接線a . 原則:接收數據針腳(或線與發(fā)送數據針腳(或線相連,彼此交叉,信號地 對應相接。 b . c . . RS422接線a . 原則:正(B 接正,負(A 接負,發(fā)送腳接接收腳,接收腳接發(fā)送腳,信號 地對應相接。b . 兩個標準串口通訊線連接方法:四線制接法TxD (+ - RxD (+TxD (- - RxD (-RxD (+ - TxD (+RxD (- - TxD (-GND - GND . RS485接線a .原則:正(B 接正(B ,負(A 接負(A ,信號地對應相接。b

11、.兩個標準串口通訊線連接方法:二線制接法:A (- - A (-B(+ - B (+GND - GND四線制接法:同 RS422接線。注:如遇串口接線特殊說明(如 MOXA 卡應遵守特殊說明接線!(4調試中需注意的幾點 . 不同編碼機制不能混接,如 RS232C 不能直接與 RS422或者接口相連,市面上 有專門的各種轉換器賣,必須通過轉換器才能連接; . 線路焊接要牢固,不然程序沒問題,卻因為接線問題誤事; . 串口調試時, 準備一個好用的調試工具,如串口調試助手、 串口精靈等,有事 半功倍之效果; . 強烈建議不要帶電插撥串口,插撥時至少有一端是斷電的,否則串口易損壞。 1.4.2. 以太

12、網局域網中的通訊介質主要有同軸電纜、 雙絞線和光纖等。 同軸電纜有粗電纜和細電纜兩 種,在局域網中每段粗、細電纜標準傳輸距離分別為 500m 和 185m ,超過規(guī)定標準傳輸距 離的局域網, 需加中繼器才能正常運行, 而且最多允許使用 4個中繼器。 雙絞線有 UTP (無 屏蔽雙絞線和 STP (屏蔽雙絞線兩種。無屏蔽雙絞線的長度一般不超過 100m 。傳輸數 據速率可達到 100Mbps 。 光纖技術依賴于光波的特性, 不受電子或電磁干擾的影響。 而且光 傳遞允許幾乎無限的帶寬,可達 200Gbps 。(1常用協議a.TCP 方式 (如 Modbus TCPb.UDP 方式(向 Mis 傳送

13、 UDP 包c.OPC 方式d.DDE 方式(2接線通訊線(網線是 8芯雙絞線a. 計算機-計算機、 HUB -HUB1 32 63 14 45 56 27 78 8b. 計算機-HUB1 12 23 34 45 56 67 78 8(3配置a. 確定客戶端或服務器b.IP 地址c. 端口號2. 通訊方案2.1. 通訊分類2.1.1. DCS 采集、控制第三方設備大多采用串口通信, 一對一或一對多連接, RS232只能一對一連接, RS485才能實現一 對多連接。2.1.2. DCS 采集、監(jiān)視第三方系統(tǒng)數據采用串口或以太網,采用串口可隔離計算機病毒。2.1.3. DCS 將實時數據傳送給 M

14、IS 網大多采用 UDP , ODBC 和 OPC 等以太網通信方式,也可采用串口隔離計算機病毒。 2.2. 通訊需求為了滿足工程項目中的通信要求, 便于工程中通信設備配置, 更有利于通信模塊的設計、 開發(fā)、調試,在簽訂技術協議合同時不能只是表明:DCS 系統(tǒng)與 XX 設備(或系統(tǒng)通信, 而必須包含具有下列 實質性 的內容。2.2.1. 用戶的通信功能需求通信功能有數據采集、命令控制、定值設定、校時等,用戶實際需要可選擇其中的一種 或幾種功能;同時必須表明對采集的數據需要達到哪些功能(如顯示、累計、查詢等 。 原則上建議在通信中不進行命令控制。2.2.2. 明確設備配置情況明確的通信設備或系統(tǒng)

15、,以及設備臺數、 DCS 與設備的通信線路距離根據這些信息就 能確定通信站的配置。2.2.3. 明確設備的通信功能該信息是滿足用戶功能需求的基礎, 如果用戶的功能需求與設備本身具備的功能有沖突 則必須調整。2.2.4. 明確通訊協議通用的通信協議有 :MODBUS 協議, 循環(huán)式遠動通信規(guī)約 (CDT DL451-91 , DNP 3.0、 IEC60870-5-101、 IEC60870-5-102、 IEC60870-5-103等。有許多設備的通信協議是設備廠家自定義的,盡管其編寫風格各有不同,但其 內容必須 有如下內容:通信方式 :是 串口 RS232/RS485/RS422、 以太網等

16、 其中的一種, 指通信 硬件鏈路 的接口。 如為串口,則必須有通信波特率、奇偶校驗方式、數據位、停止位的定義。2.2.5. 通信信息表建議在技術聯絡會上討論工程通信問題時,不妨采用下表記錄通信相關信息: 2.3. 通訊方案設計2.3.1. 通訊站配置原則滿足下列條件之一,原則上單獨配置通訊站 設備種類超過 4種,每種設備只需占一個串口 某一種可編址設備超過 60臺 數據采集總數超過 400點 某種設備數據需在兩個或多個工程中使用2.3.2. 通訊方式選擇(1根據設備數量選擇 網的每臺設備都有且僅有唯一的設備地址。 通常一個 RS485端口上掛接 15臺 (理論上為 32臺設備,如果多于 20臺

17、則考慮采用多個 RS485端口。(2根據通信距離選擇通信距離是指第三方設備(系統(tǒng)到通信站的線路距離,根據通信距離選擇通信方式, 基本如下: 注:以串口 RS232通訊時,通訊距離超過在 15-1000米則需采用 RS232轉 RS422或 RS485轉接頭, 采用 RS422或 RS485通訊線延長距離; 通訊距離超過 1000米時采用 RS232轉光纖的轉接器,采用光纖延長通訊距離(3通信線選擇 2.3.3. MOXA 卡的選型目前 DELL 機自帶一個 RS232口,如果一臺通信站需與兩種或兩種以上的串口設備 通信,則必須進行串口擴展,串口擴展可利用 MOXA 卡或 MOXA Nprot實

18、現。 光電隔離保護:防止通訊兩端的串口間的大電流損壞串口。浪用保護:吸收由突發(fā)的劇烈脈沖電波所產生的巨大能量,保護通訊線路和串口。2.3.4. 通信模塊選擇可從現有通信接口表中選擇,詳見:IAD 工程系統(tǒng)與第三方設備通訊選型參考 _變更 3. 通訊調試3.1. 調試步驟3.1.1. MOXA 卡安裝(1卡件安裝詳細參照隨卡的 User s Manual的 Hardware Installation部分,注意先根據需要跳線; (2驅動安裝具體安裝詳見隨卡帶的“ User s Manual”的 Software Installation部分,在 NT 下安裝 和在 Windows 2000下安裝略

19、有差別。 、 Windows NT控制面板->網絡->適配器 >添加 >從磁盤安裝 、 Windows 2000控制面版 >添加 /刪除硬件 >檢測新硬件->選擇多串口卡,詳細步驟見;(3 MOXA 卡檢測默認的串口編號從 3開始,如一托四的 MOXA 卡,其端口 1 4分別對應串 口編號為 COM3 COM6,詳見下表。 用串口通信線將 MOXA 卡的兩個端口連接,測試串口是否正確收發(fā)數據。 、利用 MOSXA 公司提供的 PCOMM 工具:Pcomm Diagnostic 和 Pcomm MonitorWin NT Only 、利用串口測試工具:c

20、ommix.exe 、數據發(fā)送接收程序 .exe 等。連接通訊線時應避免兩邊的接頭虛焊, 管腳接反和接錯位等問題。 RS485網絡連接示例:與MOXA CP-114系列端 口連接的九孔D型頭 設備1設備3設備2MOXA CP-114系列端口與通信設備串口RS485通信線接線示意圖注:紅藍連接線是屏蔽雙絞線中的其中兩根細線, 如果有地線則應將設備上通信地端接D型頭中的5孔。3.1.3. 通道測試(1 用萬用表檢查高低電平跳變(2 通道兩端分別運行串口調試助手,看互發(fā)數據時,接收是否正常3.1.4. 通訊組態(tài)應注意幾點:(1詳細參照使用說明書進行配置;(2串口號設置正確,波特率等通訊參數要與設備方

21、一致;(3正確設置設備地址,與物理設備的地址一致,若物理設備有多臺,則 地址不能有重復,且最好連續(xù);(4配數據庫標簽地址和數據庫點時,應按照設備方提供的數據通道表將每個通道數據與數據庫標簽名或者標簽地址正確對應;3.1.5. 運行模塊根據 相關模塊的使用說明書 ,查看運行狀況, 若通訊正常,則還要進一步 校對數據; 若 異常請及時、主動與通信開發(fā)人員聯系。備份的內容應包括實現通信功能的所有相關文件 (如:通信站組態(tài)備份文件、 通信模塊 配置文件、通信執(zhí)行所用的文件、數據通道表 。 通信備份應提交給相關的通信開發(fā)人員。3.2. 常見問題3.2.1. 設備響應超時現象為 SmartPro 系統(tǒng)操作

22、員站畫面顯示 ” #COM” 或者數據保持為 0不變,解決方法: (1 檢查通訊通道a. 檢查摩沙卡安裝是否正常;b. 通訊線接法是否錯誤;c. 兩邊的接頭虛焊或正負接反或管腳接錯位;d. 兩端分別運行串口調試助手,看互發(fā)數據時,接受是否正常;e. 借助于測試工具,如 Modbus 主站測試工具;f. 若所掛設備較多或距離較遠,嘗試接終端匹配電阻;g. 有些廠家設備對通訊線或者轉接頭有特殊要求,應注意。(2 檢查配置文件仔細檢查配置文件中下列參數是否設置正確:a. 串口號;b. 波特率等串口通訊參數是否與設備要求一致;c. 設備地址是否與物理設備的地址設置一致。d. 配置文件中通信點配置與頁面

23、顯示的變量名是否一致。3.2.2. DCS 數據不刷新可能的原因有:(1服務器參數設置有誤;(2通訊站到服務器網絡不通;(3配置文件中各類點個數與設備實際上傳點個數不一致;(4 DCS 服務器軟件版本太低。3.2.3. 數據跳變配置文件(或組態(tài)中設備地址、標簽名或標簽地址設置有重復。杭州和利時應用開發(fā)技術支持通信開發(fā) 3.2.4. 數據與設備顯示不一致 可能的原因有： （1） 量程轉換有誤； （2） 配置文件 DCS 點名配置有誤； （3） 設備廠家提供的數據通道表有誤。 3.2.5. 數據刷新緩慢 可能的原因有 a. 對方數據報文不規(guī)范或錯誤而丟棄； b. 輪詢周期設置太長； c. 通訊波特

24、率太低； d. 設備響應速度慢。 3.3. 通訊測試工具 3.3.1. 通用串口通訊測試工具 這類工具有多種，通稱為串口精靈，或者串口調試助手，利用串口精靈可發(fā)送和接收數 據，從而可測試出串口及通信線的故障。 串口調試助手 AFX 數據發(fā)送接收程序 串口測試工具（AFX）應用 3.3.2. MODBUS 主站、子站模擬器 主站、 可測試 Modbus 子站設備的通訊功能，檢查與子站的通訊故障。 ModScan32（模擬 MODBUS 主站） ModSim32（模擬 MODBUS 子站） 模擬 MODBUS 主站模塊運行幫助 3.3.3. 模擬 CDT 主站 可測試 CDT 子站的通訊功能，檢查

25、與子站的通訊故障。 cdt 測試工具 3.3.4. 端口精靈 Wizport 可以模擬 UDP 數據包的發(fā)送或者接收。 Wizport 杭州和利時應用開發(fā)技術支持通信開發(fā) 3.3.5. 串口監(jiān)視工具 portmon 可以監(jiān)視串口接收和發(fā)送的數據報文。 portmon 3.4. 典型模塊調試 3.4.1. MODBUS 主站 EXE 通訊模塊 smartpro 標準 MODBUS 主站使用說明書 3.4.2. CDT 主站 DLL 通訊模塊 SmartPro 系統(tǒng) CDT 主站 DLL 模塊使用說明書 SmartPro 與南自保護設備 CDT 通訊說明（帶報文解析） 杭州和利時應用開發(fā)技術支持通

26、信開發(fā) 附錄 A.MODBUS 設備數據通道表示例 模擬量表： 序號 1 2 3 N 開關量表： 序號 1 2 3 N . . 數據名稱 斷路器狀態(tài) 過流保護動作 . 功能碼 02/01 02/01 02/01 數據寄存器地址 10001/0001 10002/0002 10003/0003 數據名稱 A 相電流 B 相電流 C 相電流 功能碼 03/04 03/04 03/04 數據寄存器地址 40001/30001 40002/30002 40003/30003 數據類型 有符號短整型 無符號短整型 無符號短整型 B.CDT 規(guī)約數據通道表示例 遙測A幀上傳的數據表（重要遙測量信息字定義） 功能碼 0x06 0x07 信息字遙測量1 合閘母線電壓 負載總電流 信息字遙測量2 控制母線電壓 （保留0x8000） 遙測B幀上傳的數據表(次要遙測量信息字定義 功能碼 0x01 0x02 0x03 0x04 信息字遙測量1 電池組1電壓 （保留0x8000） 交流輸入UV線電壓 交流輸入WU線電壓 信息字遙測量2 電池組1電流 （保留0x8000） 交流輸入VW線電