Modbus RTU通讯实现无级气量调节系统远程状态监控

Modbus RTU通讯实现无级气量调节系统远程状态监控

张欣 李勤学 韩丰浩

独山子石化公司信息网络公司炼油仪表车间 新疆克拉玛依 833600

摘要：利用Modbus RTU通信方式实现压缩机无级气量调节系统CIU、SIM卡、执行机构状态实时监控、报警、记录，达到系统参数远程监控目的。

关键词： modbus RTU、新氢压缩机、无级气量调节系统

1引言

新氢压缩机将制氢装置提纯的氢气经三级压缩送至反应系统，为装置提供运行所需要的氢气。正常条件下压缩机的有效利用负荷为70%-90%，压缩负荷无法完全利用，必须通过压缩机出口线上的控制阀回流至压缩机的入口，来维持反应系统的稳定，为降低能耗，新氢压缩机组控制部分采用Hoerbiger公司的HydroCom无级气量调节系统精准控制压缩机各级的实时负荷，实现压缩机气量在0~100%范围内的无级调节。

2 无级气量调节系统介绍

2.1 系统工作原理

压缩机四个压力信号引入DCS系统，经过PID 控制模块运算后计算出压缩机各级负荷百分比，输出至HydroCom系统的中间接口单元CIU，CIU单元经计算转换后控制信号经由通讯系统传输至现场总线，驱动液压执行器来实时控制进气阀的开启与关闭时间,实现压缩机排气量0～100 %全行程范围无级调节。液压执行器的所有负荷阀电路板通过MODBUS 485线路并联，将通讯、控制信号与机柜间SIM卡通讯，并将信号传输至CIU进行实时控制。具体系统机构图如下所示：

图1 无级气量调节系统结构图

2.2 系统存在问题

新氢压缩机HydroCom无级气量调节系统在运行过程中故障频繁，多次造成机组停机、氢网波动、装置循环、生产降量的现状。

无级气量调节系统发生故障只能通过现场查看故障代码或通讯专用软件查看故障记录方式进行故障发现与处理，缺乏故障发现实时性和直观性，无级气量调节系统需要实时监控运行，发现故障准确确认故障部位。

3 Modbus RTU通讯实现无极气量调节参数远程监控

3.1 通讯硬件接线

CIU 和DCS之间的数据交换可以通过Modbus 接口来实现，CIU上带有两个MODBUS接口，一个用于控制，一个用于监测。由于本系统控制备份采用DCS硬接线方式控制，为了避免控制干扰，我们采用监控口作为数据采集上传DCS通讯端口。

MODBUS通讯连接（在CIU背面有9针小D型接头）可以通过HSS服务软件的RS232接口（单点通讯）或RS485接口（多点）来配置。引脚2，3，5连接到螺旋式的接线柱。

3.2 通讯参数设置

通过自带通讯软件登陆管理员权限，对系统通讯端口（MONITORING INTERFACE）进行设置,主要包括通讯协议、端口类型、通讯地址、波特率、奇偶校验、地址位进行设置，通讯调试期间可以使用TEST测试。现场无级气量调节系统参数设置完成后，对DCS系统通讯卡件通讯参与进行对应的参数设置。

3.3通讯参数解析

3.3.1 CIU状态解析说明

CIU状态功能04（读输入寄存器）可以读取信息，地址位30001，对应DCS地址为A30001，标志含在一个16位寄存器内。

3.3.2 SIM卡状态数据解析说明

1） 每个机架最多带6块卡件； 2）每块SIM卡的标志包含在两个16位寄存器内；

3）每块SIM卡的标志包含在两个16位寄存器内。

3.3.3执行机构状态数据解析说明

1）由于每个执行机构通讯至系统控制，所有每个执行机构的标志包含在一个16位寄存器内； 2）执行机构标志包含在一个16位寄存器。

3.3.4模拟量数据解析说明

1）实际速度：30009寄存器包含了一个12位整型的转速数值（最低位=1RPM），理论范围为0到4095 RPM。

2）运行时间：有两个32位计数器记录运行的时间，一个是记录压缩机运行的时间，另

一个是记录HydroCOM投用的时间。两者记录的精度为1小时，以双整型格式存储（两个16位字，低位在前）。其中地址30010 和30011压缩机运行时间：当压缩机转速超过100RPM时记录的小时数。地址30012和30013 HydroCOM控制时间：当压缩机转速超过100RPM且ENABLE信号被激活时记录的小时数。

3）执行机构的温度：温度值的可用范围是–25到+125度，（ 对应值0..4095 ），这样输出值必须进行比例缩放。计算过程：y = k × x + d，带入量程可以算出d = -25，k = 0,03663，DCS系统组态需要组态相应参数，才能正确显示。

3.4通讯参数显示

通过DCS系统组态数字量和模式量实现参数，将数字量进行报警记录设置，模拟量信息进行报警参数设置，实时记录通讯参数历史数据，实现状态远程监控。

结束语

通过分析HydroCom无级气量调节系统CIU控制器的参数信息，实现系统硬件报警信息、现场设备参数的实时读取、记录、分析和监控，提高了故障发现处理能力，有效降低系统故障率，提升系统运行的稳定性，实现“非停、非循”零次的目标。

参考文献

[1]CIU中间接口单元操作手册

[2]CENTUM VP 操作手册