DCS与第三方设备通信基础与调试指导

1、DCS 与第三方设备通讯基础与调试指导应用开发部技术支持与通信开发目 录1. 通讯基础 . 5 1.1. 概述 . 5 1.2. 通讯协议 . . 5 1.3. 数据通道表 . 5 1.4. 通讯介质 . . 5 1.4.1. 串口 . 51.4.2. 以太网 . . 82. 通讯方案 . 9 2.1. 通讯分类 . . 9 2.1.1. DCS 采集、控制第三方设备 . 9 2.1.2. DCS 采集、监视第三方系统数据 . 9 2.1.3. DCS 将实时数据传送给 MIS 网 . 9 2.2. 通讯需求 . . 9 2.2.1. 用户的通信功能需求 . 9 2.2.2. 明确设备配置情况

2、 . 10 2.2.3. 明确设备的通信功能 . 10 2.2.4. 明确通讯协议 . . 10 2.2.5. 通信信息表 . 10 2.3. 通讯方案设计 . 11 2.3.1. 通讯站配置原则 . 112.3.2. 通讯方式选择 . . 11 2.3.3. MOXA 卡的选型 . 122.3.4. 通信模块选择 . . 133. 通讯调试 . 13 3.1. 调试步骤 . . 13 3.1.1. MOXA 卡安装 . 13 3.1.2. 通讯线连接 . 14 3.1.3. 通道测试 . 14 3.1.4. 通讯组态 . 14 3.1.5. 运行模块 . 14 3.1.6. 通讯资料备份 .

3、 . 15 3.2. 常见问题 . . 15 3.2.1. 设备响应超时 . . 15 3.2.2. DCS 数据不刷新 . 15 3.2.3. 数据跳变 . 15 3.2.4. 数据与设备显示不一致 . . 16 3.2.5. 数据刷新缓慢 . . 16 3.3. 通讯测试工具 . 16 3.3.1. 通用串口通讯测试工具 . . 16 3.3.2. MODBUS 主站、子站模拟器 . 16 3.3.3. 模拟 CDT 主站 . . 16 3.3.4. 端口精灵 Wizport . 163.3.5. 串口监视工具 portmon . . 17 3.4. 典型模块调试 . 17 3.4.1.

4、MODBUS 主站 EXE 通讯模块 . 17 3.4.2. CDT 主站 DLL 通讯模块 . . 17 附录 . . 18A.MODBUS 设备数据通道表示例 . 18B.CDT 规约数据通道表示例 . . 18C. 技术支持通信开发组成员 . 191. 通讯基础1.1. 概述一台 PC 机与一(多台设备(如 PLC 、智能仪表、保护装置 、 PC 机之间进行通讯实际 上是在互联的通讯线上遵守相同的通讯协议进行正确的数据传输。1.2. 通讯协议所谓通信协议是指通信双方的一种约定,通信双方必须共同遵守。协议内容包括 :通讯 介质及其设置参数说明, 主从机通讯报文种类、 报文格式、 传送步骤

5、(过程 及其详细说明, 如有校验码,则必须包含校验码的算法,报文数据表(包括数据序号、数据类型、取值范围 等 ,如对数据需进行特殊转换则必须给出说明(如放大倍数、校正方法等 。1.3. 数据通道表数据通道表是对通信点组态的根据, 一般由设备厂家根据具体工程需要提供, 有时也包 含在通讯协议中。数据通道表内容通常包括:工程采集数据的顺序序号(或寄存器地址 、 数据类型、比例系数。1.4. 通讯介质1.4.1. 串口串口通讯线通常用屏蔽双绞线 STP (芯数与具体接线要求相关 。(1 RS232/RS485/RS422的区别串口按电气特性可分为 RS-232、 RS-422与 RS-485,按照数

6、据流的方向可分成三种基 本的传送方式:全双工、半双工、和单工。它们都是串行数据接口标准,用户可以建立自己 的高层通信协议利用串口通讯实现 PC 机与设备之间的通讯。标准波特率系列为 110、 300、 600、 1200、 4800、 9600和 19200bps 等。 . RS-232通信距离短、速率低,传送距离最大为约 15米,最高速率为 20kbps 。 RS-232是为点对点(即只用一对收、发设备通讯而设计的, RS-232适合本地设备之间的通信。 . RS-422最大传输距离为 4000英尺(约 1219米,最大传输速率为 10Mb/s。其平衡双绞线的 长度与传输速率成反比, 在 1

7、00kb/s速率以下, 才可能达到最大传输距离。 只有在很短的距 离下才能获得最高速率传输。 一般 100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为 1Mb/s; 允许在一条平衡总线上连接最多 10个接收器,支持点对多的双向通信,从设备之间不能通 信。 RS-422在矩距离传输时可不需终接电阻,即一般在 300米以下不需终接电阻。终接电 阻接在传输电缆的最远端,终接电阻一般取 100。 RS-422采用四线方式。 . RS-485RS-485许多电气规定与 RS-422相仿(如传输最大距离、最高速率,在传输线上接终接 电阻等。 RS-485可以采用二线与四线方式,二线制可实现真正的多点双向通信,

8、而采用 四线连接时,与 RS-422一样只能实现点对多的通信,即只能有一个主(Master 设备,其 余为从设备,但它比 RS-422有改进, 无论四线还是二线连接方式总线上可多接到 32个设 备。 RS-485需要在总线电缆的开始和末端都需并接终接电阻, 终接电阻一般取 120(约等 于传输电缆的特性阻抗,大多数双绞线电缆特性阻抗大约在 100120。在矩距离传输 时可不需终接电阻,即一般在 300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输总线的两端。 . RS-422与 RS-485的网络安装注意要点网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构, 采用一条双绞线电缆作总线, 将各个节点串 接起来,从总线

9、到每个节点的引出线长度应尽量短,不支持环形或星形网络。 . RS-232、 RS-422与 RS-485通讯特性对照表注 :通常串口通讯速率选择 9600bps , 8位数据位, 1位停止位。(2串口扩展方法 . 串口转换器:实现 RS-232与 RS-485的转换、 RS-232与 RS-422的转换。 . 串口数扩充:选用多串口卡,目前工程常用 MOXA 公司的多串口卡,选卡遵循下列 原则:a. 与通讯站总线(插槽类型相同b. 支持通讯站的操作系统c. 如果选 RS485接口则选择具有内置数据流向自动控制(ADDC 功能的多串口卡d. 如果选 RS485/422接口且距离超过 300米则选

10、择内置终端电阻的多串口卡f. 最好选用带光电隔离、浪涌保护功能的多串口卡。(3基本接线方法 . RS232接线a . 原则:接收数据针脚(或线与发送数据针脚(或线相连,彼此交叉,信号地 对应相接。 b . c . . RS422接线a . 原则:正(B 接正,负(A 接负,发送脚接接收脚,接收脚接发送脚,信号 地对应相接。b . 两个标准串口通讯线连接方法:四线制接法TxD (+ - RxD (+TxD (- - RxD (-RxD (+ - TxD (+RxD (- - TxD (-GND - GND . RS485接线a .原则:正(B 接正(B ,负(A 接负(A ,信号地对应相接。b

11、.两个标准串口通讯线连接方法:二线制接法:A (- - A (-B(+ - B (+GND - GND四线制接法:同 RS422接线。注:如遇串口接线特殊说明(如 MOXA 卡应遵守特殊说明接线!(4调试中需注意的几点 . 不同编码机制不能混接,如 RS232C 不能直接与 RS422或者接口相连,市面上 有专门的各种转换器卖,必须通过转换器才能连接; . 线路焊接要牢固,不然程序没问题,却因为接线问题误事; . 串口调试时, 准备一个好用的调试工具,如串口调试助手、 串口精灵等,有事 半功倍之效果; . 强烈建议不要带电插拨串口,插拨时至少有一端是断电的,否则串口易损坏。 1.4.2. 以太

12、网局域网中的通讯介质主要有同轴电缆、 双绞线和光纤等。 同轴电缆有粗电缆和细电缆两 种,在局域网中每段粗、细电缆标准传输距离分别为 500m 和 185m ,超过规定标准传输距 离的局域网, 需加中继器才能正常运行, 而且最多允许使用 4个中继器。 双绞线有 UTP (无 屏蔽双绞线和 STP (屏蔽双绞线两种。无屏蔽双绞线的长度一般不超过 100m 。传输数 据速率可达到 100Mbps 。 光纤技术依赖于光波的特性, 不受电子或电磁干扰的影响。 而且光 传递允许几乎无限的带宽,可达 200Gbps 。(1常用协议a.TCP 方式 (如 Modbus TCPb.UDP 方式(向 Mis 传送

13、 UDP 包c.OPC 方式d.DDE 方式(2接线通讯线(网线是 8芯双绞线a. 计算机-计算机、 HUB -HUB1 32 63 14 45 56 27 78 8b. 计算机-HUB1 12 23 34 45 56 67 78 8(3配置a. 确定客户端或服务器b.IP 地址c. 端口号2. 通讯方案2.1. 通讯分类2.1.1. DCS 采集、控制第三方设备大多采用串口通信, 一对一或一对多连接, RS232只能一对一连接, RS485才能实现一 对多连接。2.1.2. DCS 采集、监视第三方系统数据采用串口或以太网,采用串口可隔离计算机病毒。2.1.3. DCS 将实时数据传送给 M

14、IS 网大多采用 UDP , ODBC 和 OPC 等以太网通信方式,也可采用串口隔离计算机病毒。 2.2. 通讯需求为了满足工程项目中的通信要求, 便于工程中通信设备配置, 更有利于通信模块的设计、 开发、调试,在签订技术协议合同时不能只是表明:DCS 系统与 XX 设备(或系统通信, 而必须包含具有下列 实质性 的内容。2.2.1. 用户的通信功能需求通信功能有数据采集、命令控制、定值设定、校时等,用户实际需要可选择其中的一种 或几种功能;同时必须表明对采集的数据需要达到哪些功能(如显示、累计、查询等 。 原则上建议在通信中不进行命令控制。2.2.2. 明确设备配置情况明确的通信设备或系统

15、,以及设备台数、 DCS 与设备的通信线路距离根据这些信息就 能确定通信站的配置。2.2.3. 明确设备的通信功能该信息是满足用户功能需求的基础, 如果用户的功能需求与设备本身具备的功能有冲突 则必须调整。2.2.4. 明确通讯协议通用的通信协议有 :MODBUS 协议, 循环式远动通信规约 (CDT DL451-91 , DNP 3.0、 IEC60870-5-101、 IEC60870-5-102、 IEC60870-5-103等。有许多设备的通信协议是设备厂家自定义的,尽管其编写风格各有不同,但其 内容必须 有如下内容:通信方式 :是 串口 RS232/RS485/RS422、 以太网等

16、 其中的一种, 指通信 硬件链路 的接口。 如为串口,则必须有通信波特率、奇偶校验方式、数据位、停止位的定义。2.2.5. 通信信息表建议在技术联络会上讨论工程通信问题时,不妨采用下表记录通信相关信息: 2.3. 通讯方案设计2.3.1. 通讯站配置原则满足下列条件之一,原则上单独配置通讯站 设备种类超过 4种,每种设备只需占一个串口 某一种可编址设备超过 60台 数据采集总数超过 400点 某种设备数据需在两个或多个工程中使用2.3.2. 通讯方式选择(1根据设备数量选择 网的每台设备都有且仅有唯一的设备地址。 通常一个 RS485端口上挂接 15台 (理论上为 32台设备,如果多于 20台

17、则考虑采用多个 RS485端口。(2根据通信距离选择通信距离是指第三方设备(系统到通信站的线路距离,根据通信距离选择通信方式, 基本如下: 注:以串口 RS232通讯时,通讯距离超过在 15-1000米则需采用 RS232转 RS422或 RS485转接头, 采用 RS422或 RS485通讯线延长距离; 通讯距离超过 1000米时采用 RS232转光纤的转接器,采用光纤延长通讯距离(3通信线选择 2.3.3. MOXA 卡的选型目前 DELL 机自带一个 RS232口,如果一台通信站需与两种或两种以上的串口设备 通信,则必须进行串口扩展,串口扩展可利用 MOXA 卡或 MOXA Nprot实

18、现。 光电隔离保护:防止通讯两端的串口间的大电流损坏串口。浪用保护:吸收由突发的剧烈脉冲电波所产生的巨大能量,保护通讯线路和串口。2.3.4. 通信模块选择可从现有通信接口表中选择,详见:IAD 工程系统与第三方设备通讯选型参考 _变更 3. 通讯调试3.1. 调试步骤3.1.1. MOXA 卡安装(1卡件安装详细参照随卡的 User s Manual的 Hardware Installation部分,注意先根据需要跳线; (2驱动安装具体安装详见随卡带的“ User s Manual”的 Software Installation部分,在 NT 下安装 和在 Windows 2000下安装略

19、有差别。 、 Windows NT控制面板->网络->适配器 >添加 >从磁盘安装 、 Windows 2000控制面版 >添加 /删除硬件 >检测新硬件->选择多串口卡,详细步骤见;(3 MOXA 卡检测默认的串口编号从 3开始,如一托四的 MOXA 卡,其端口 1 4分别对应串 口编号为 COM3 COM6,详见下表。 用串口通信线将 MOXA 卡的两个端口连接,测试串口是否正确收发数据。 、利用 MOSXA 公司提供的 PCOMM 工具:Pcomm Diagnostic 和 Pcomm MonitorWin NT Only 、利用串口测试工具:c

20、ommix.exe 、数据发送接收程序 .exe 等。连接通讯线时应避免两边的接头虚焊, 管脚接反和接错位等问题。 RS485网络连接示例:与MOXA CP-114系列端 口连接的九孔D型头 设备1设备3设备2MOXA CP-114系列端口与通信设备串口RS485通信线接线示意图注:红蓝连接线是屏蔽双绞线中的其中两根细线, 如果有地线则应将设备上通信地端接D型头中的5孔。3.1.3. 通道测试(1 用万用表检查高低电平跳变(2 通道两端分别运行串口调试助手,看互发数据时,接收是否正常3.1.4. 通讯组态应注意几点:(1详细参照使用说明书进行配置;(2串口号设置正确,波特率等通讯参数要与设备方

21、一致;(3正确设置设备地址,与物理设备的地址一致,若物理设备有多台,则 地址不能有重复,且最好连续;(4配数据库标签地址和数据库点时,应按照设备方提供的数据通道表将每个通道数据与数据库标签名或者标签地址正确对应;3.1.5. 运行模块根据 相关模块的使用说明书 ,查看运行状况, 若通讯正常,则还要进一步 校对数据; 若 异常请及时、主动与通信开发人员联系。备份的内容应包括实现通信功能的所有相关文件 (如:通信站组态备份文件、 通信模块 配置文件、通信执行所用的文件、数据通道表 。 通信备份应提交给相关的通信开发人员。3.2. 常见问题3.2.1. 设备响应超时现象为 SmartPro 系统操作

22、员站画面显示 ” #COM” 或者数据保持为 0不变,解决方法: (1 检查通讯通道a. 检查摩沙卡安装是否正常;b. 通讯线接法是否错误;c. 两边的接头虚焊或正负接反或管脚接错位;d. 两端分别运行串口调试助手,看互发数据时,接受是否正常;e. 借助于测试工具,如 Modbus 主站测试工具;f. 若所挂设备较多或距离较远,尝试接终端匹配电阻;g. 有些厂家设备对通讯线或者转接头有特殊要求,应注意。(2 检查配置文件仔细检查配置文件中下列参数是否设置正确:a. 串口号;b. 波特率等串口通讯参数是否与设备要求一致;c. 设备地址是否与物理设备的地址设置一致。d. 配置文件中通信点配置与页面

23、显示的变量名是否一致。3.2.2. DCS 数据不刷新可能的原因有:(1服务器参数设置有误;(2通讯站到服务器网络不通;(3配置文件中各类点个数与设备实际上传点个数不一致;(4 DCS 服务器软件版本太低。3.2.3. 数据跳变配置文件(或组态中设备地址、标签名或标签地址设置有重复。杭州和利时应用开发技术支持通信开发 3.2.4. 数据与设备显示不一致 可能的原因有： （1） 量程转换有误； （2） 配置文件 DCS 点名配置有误； （3） 设备厂家提供的数据通道表有误。 3.2.5. 数据刷新缓慢 可能的原因有 a. 对方数据报文不规范或错误而丢弃； b. 轮询周期设置太长； c. 通讯波特

24、率太低； d. 设备响应速度慢。 3.3. 通讯测试工具 3.3.1. 通用串口通讯测试工具 这类工具有多种，通称为串口精灵，或者串口调试助手，利用串口精灵可发送和接收数 据，从而可测试出串口及通信线的故障。 串口调试助手 AFX 数据发送接收程序 串口测试工具（AFX）应用 3.3.2. MODBUS 主站、子站模拟器 主站、 可测试 Modbus 子站设备的通讯功能，检查与子站的通讯故障。 ModScan32（模拟 MODBUS 主站） ModSim32（模拟 MODBUS 子站） 模拟 MODBUS 主站模块运行帮助 3.3.3. 模拟 CDT 主站 可测试 CDT 子站的通讯功能，检查

25、与子站的通讯故障。 cdt 测试工具 3.3.4. 端口精灵 Wizport 可以模拟 UDP 数据包的发送或者接收。 Wizport 杭州和利时应用开发技术支持通信开发 3.3.5. 串口监视工具 portmon 可以监视串口接收和发送的数据报文。 portmon 3.4. 典型模块调试 3.4.1. MODBUS 主站 EXE 通讯模块 smartpro 标准 MODBUS 主站使用说明书 3.4.2. CDT 主站 DLL 通讯模块 SmartPro 系统 CDT 主站 DLL 模块使用说明书 SmartPro 与南自保护设备 CDT 通讯说明（带报文解析） 杭州和利时应用开发技术支持通

26、信开发 附录 A.MODBUS 设备数据通道表示例 模拟量表： 序号 1 2 3 N 开关量表： 序号 1 2 3 N . . 数据名称 断路器状态 过流保护动作 . 功能码 02/01 02/01 02/01 数据寄存器地址 10001/0001 10002/0002 10003/0003 数据名称 A 相电流 B 相电流 C 相电流 功能码 03/04 03/04 03/04 数据寄存器地址 40001/30001 40002/30002 40003/30003 数据类型 有符号短整型 无符号短整型 无符号短整型 B.CDT 规约数据通道表示例 遥测A帧上传的数据表（重要遥测量信息字定义） 功能码 0x06 0x07 信息字遥测量1 合闸母线电压 负载总电流 信息字遥测量2 控制母线电压 （保留0x8000） 遥测B帧上传的数据表(次要遥测量信息字定义 功能码 0x01 0x02 0x03 0x04 信息字遥测量1 电池组1电压 （保留0x8000） 交流输入UV线电压 交流输入WU线电压 信息字遥测量2 电池组1电流 （保留0x8000） 交流输入VW线电