基于MODBUS协议的质谱仪与DCS系统的通讯.pdf

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1、基于MODBUS协议的质谱仪与DCS系统通讯梁汝军（中石化北京燕山分公司研究院，北京102549）[摘要]基于MODBUS协议的RS-485串行通讯方式，实现了DCS控制系统与工业在线质谱仪之间数据通讯的数字化。并利用独特的双寄存器存储数据技术，提高了DCS控制系统与工业在线质谱仪之间数据传输的准确性和可靠性。[关键词]MODBUS协议；双寄存器；DCS；工业在线质谱仪AMODBUSPROTOCOL-BASEDCOMMUNICATIONCONTROLSYSTEMBETWEENDCSSYSTEMANDMASSSPECTRUMLiangRujun(ResearchInstituteofBei

2、jingYanshanPetrochemicalCo.,Ltd.,SINOPEC,Beijing,1025009)Abstract:BasedontheModbusprotocol,thecommunicationsystembetweentheDistributedControlSystemandtheMassSpectrumispresentedandestablished.Theutilizationofpairedregistertransferbetweenthesetwocontrolsystemsisexecutingtechnology.Keywords:Modbuspr

3、otocol;pairedregister;DCS;MassSpectrum1．引言银催化剂作用下乙烯氧化反应体系是一个不可逆的、强放热的、体积缩小的、多种气体[1]组分参与的、多个反应串行、并行发生的复杂的气固相反应体系。建立在该反应体系上的乙烯氧化合成环氧乙烷生产工艺，不仅操作温度和压力较高，而且反应混合气接近于爆炸极限，特别是所用的原料、中间产物、产品和副产品都是易燃、易爆和有毒有害的物质，所以生产过程中自控水平要求较高。为了能够准确的监控原料及产物中各组分的浓度变化，保证装置安全稳定运行，现在的环氧乙烷生产工艺控制技术中大量使用了在线工业色谱仪、在线工业质谱仪等智能分析仪表。特别

4、是在线工业质谱仪，由于其分析相应时间短，检测准确、灵敏度高、可进行全组分分析等优点，所以在使用过程中越来越受到生产厂家的欢迎。但是在线工业质谱仪作为反应混合气体的全组分分析仪表，它在同一时间可同时分析检测几十种组分浓度，因此在与DCS系统进行数据交换过程中，如果以传统的模拟量信号传输方式，需要铺设大量的模拟量仪表信号线并占用大量的DCS卡件资源。为此，实现在线工业质谱仪与DCS控制系统之间数字通讯功能，建立一种准确、简洁、方便的数据总线通讯方式就成为当务之急。本文通过银催化剂工业侧线评价装置DCS控制系统（CS-3000）与工业在线质谱仪（MAX300-IG）之间基于MODBUS协议的R

5、S-485串行通讯的应用，介绍了其具体实施的技术方案。2．MODBUS协议最初，MODBUS是MODICON公司为该公司生产的PLC设计的一种通信协议，从其功能上看，可以认为是一种现场总线。[2]MODBUS协议定义的是一种数据帧结构，它独立于物理层介质，描述了控制器访问另一设备的过程，如，怎样作出应答响应，以及可检查和报告的错误。它所定义的数据帧结构是各种控制器均可以识别和使用的信息结构，而无需考虑通信网络的拓扑结构，因此具有良好的适用性。收稿日期：作者简介：粱汝军（1971-），男，甘肃省兰州市人，1994年毕业于大连理工大学化学工程专业，长期从事银催化剂中试评价工作。目前，国内外许

6、多仪器、仪表的生产厂商都在他们的产品和系统中遵循并支持该协议标准，比如在石化行业和电力行业广泛使用的DCS集散控制系统(DistributedControlSystem)与其他的PLC、数据采集器、智能控制器、智能仪表等专用系统的通讯就具有典型的代表意义。在这些行业中，出于提高DCS控制系统的自控水平、完善控制功能的考虑，往往需要将其他的专用系统接入DCS控制系统，因此大量采用RS485串行通讯方式和MODBUS通讯协议，使得来自DCS系统的数据流和其他专用系统的数据流能够相互间有效识别、高速交流。从而实现DCS控制系统对装置各系统的统一监控、控制、管理等功能，极大地提高了企业的经济效益

7、和管理水平。MODBUS通讯使用MASTER-SLAVE方式，仅某一MASTER（主设备）可以初始化查询，为SLAVE（从设备）分配地址，对所有的SLAVE发送广播消息，其他设备仅以SLAVE身份根据MASTER的查询提供数据，并作出相应的反应。在银催化剂工业侧线评价装置中，DCS控制系统为MASTER（主设备），工业在线质谱仪为SLAVE（从设备）。[3]MODBUS通讯协议中报文格式有两种：ASCII和RTU，两种报文格式的结构