1 項目背景

某化工廠車間需要對多臺分散安裝的壓力變送器進行實時數(shù)據(jù)采集，并將這些數(shù)據(jù)集成到中央控制系統(tǒng)。這些壓力變送器大多采用傳統(tǒng)的Modbus RS485協(xié)議進行通信，而車間主控系統(tǒng)則基于高性能的EtherCAT網(wǎng)絡(luò)。如何實現(xiàn)兩種不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)之間的高效、穩(wěn)定連接，成為本項目需要解決的核心問題。

2 解決方案

本項目采用協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)作為核心設(shè)備，構(gòu)建EtherCAT網(wǎng)絡(luò)與RS485網(wǎng)絡(luò)之間的通信橋梁。具體實現(xiàn)方案為：在車間控制室內(nèi)部署EtherCAT主站控制器，通過工業(yè)以太網(wǎng)連接至協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)；壓力變送器等現(xiàn)場設(shè)備通過RS485總線連接到轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)。該網(wǎng)關(guān)實時完成EtherCAT幀與Modbus數(shù)據(jù)幀之間的雙向協(xié)議轉(zhuǎn)換，使PLC能夠像訪問本地EtherCAT設(shè)備一樣讀取所有壓力變送器的數(shù)據(jù)。

3 設(shè)備選型

• PLC系統(tǒng)：選用支持EtherCAT主站功能的嵌入式PLC控制器
• 協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)：采用專用型EtherCAT轉(zhuǎn)RS485網(wǎng)關(guān)，支持Modbus RTU協(xié)議
• 現(xiàn)場儀表：選用本安型壓力變送器，輸出信號符合Modbus RS485標(biāo)準(zhǔn)
• 通信線纜：控制室內(nèi)采用超五類屏蔽以太網(wǎng)電纜，現(xiàn)場使用雙絞屏蔽RS485電纜

4 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)采用分層架構(gòu)設(shè)計。上層為EtherCAT主干網(wǎng)絡(luò)，由PLC作為主站，通過交換機連接各個從站設(shè)備；中層部署協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換；底層為RS485總線網(wǎng)絡(luò)，采用手拉手布線方式連接多臺壓力變送器。網(wǎng)關(guān)同時作為EtherCAT網(wǎng)絡(luò)的從站和Modbus主站，周期性地采集壓力數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為EtherCAT數(shù)據(jù)幀上傳。

5 應(yīng)用效果

系統(tǒng)投運后，實現(xiàn)了對車間全部壓力變送器的集中監(jiān)控。數(shù)據(jù)采集周期穩(wěn)定在10ms以內(nèi)，通信成功率保持在99.9%以上。相較于原有的人工巡檢方式，不僅大幅降低了運維人員的工作強度，還能實時掌握設(shè)備運行狀態(tài)，為預(yù)防性維護提供了數(shù)據(jù)支持。系統(tǒng)運行半年多來，未出現(xiàn)因通信問題導(dǎo)致的生產(chǎn)中斷。

6 總結(jié)與展望

本項目通過EtherCAT轉(zhuǎn)RS485的集成方案，成功解決了化工廠車間異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的技術(shù)難題。這種架構(gòu)既保留了EtherCAT網(wǎng)絡(luò)的高性能特性，又兼顧了傳統(tǒng)RS485設(shè)備的可用性，具有較高的性價比。未來隨著車間數(shù)字化建設(shè)的深入，可考慮在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加無線傳輸模塊，實現(xiàn)對移動設(shè)備的數(shù)據(jù)采集；同時也可探索將系統(tǒng)擴展至其他類型的工藝參數(shù)監(jiān)測，構(gòu)建更完整的車間設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)體系。

審核編輯 黃宇