DCS与第三方设备通信基础与调试指导.doc

杭州和利时应用开发技术支持通信开发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51.1.概述51.2.通讯协议51.3.数据通道表51.4.通讯介质51.4.1.串口51.4.2.以太网82.通讯方案92.1.通讯分类92.1.1.DCS采集、控制第三方设备92.1.2.DCS采集、监视第三方系统数据92.1.3.DCS将实时数据传送给MIS网92.2.通讯需求92.2.1.用户的通信功能需求92.2.2.明确设备配置情况102.2.3.明确设备的通信功能102.2.4.明确通讯协议102.2.5.通信信息表102.3.通讯方案设计112.3.1.通讯站配置原则112.3.2.通讯方式选择112.3.3.MOXA卡的选型122.3.4.通信模块选择133.通讯调试133.1.调试步骤133.1.1.MOXA卡安装133.1.2.通讯线连接143.1.3.通道测试143.1.4.通讯组态143.1.5.运行模块143.1.6.通讯资料备份153.2.常见问题153.2.1.设备响应超时153.2.2.DCS数据不刷新153.2.3.数据跳变153.2.4.数据与设备显示不一致163.2.5.数据刷新缓慢163.3.通讯测试工具163.3.1.通用串口通讯测试工具163.3.2.MODBUS主站、子站模拟器163.3.3.模拟CDT主站163.3.4.端口精灵Wizport163.3.5.串口监视工具portmon173.4.典型模块调试173.4.1.MODBUS主站EXE通讯模块173.4.2.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（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100kb/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，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 特性类型主机数接设备（从站）最大数通讯最大距离(米)最大传输速（bps）终端电阻位置终端电阻阻值()接线方式RS-232112020K-与DB头针（孔）数有关RS-4221101219（在100kbps速率以下）10M（在100米以下）最远端（在300米以下不接）100四线、地线RS-4851321219（在100kbps速率以下）10M（在100米以下）两端（在300米以下不接）120二线/四线、地线注：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 RS-232C的DB9和DB25的常用信号脚说明9针串口（DB9）25针串口（DB25）针号功能说明缩写针号功能说明缩写1数据载波检测DCD8数据载波检测DCD2接收数据RXD3接收数据RXD3发送数据TXD2发送数据TXD4数据终端准备DTR20数据终端准备DTR5信号地GND7信号地GND6数据设备准备好DSR6数据准备好DSR7请求发送RTS4请求发送RTS8清除发送CTS5清除发送CTS9振铃指示DELL22振铃指示DELLc 两个标准串口通讯线连接方法： 9针9针 9头9针25针25针9针25针2322322232332333555577571、4、6短接1、4、6短接1、4、6短接1、4、6短接6、8、20短接6、8、20短接1、4、6短接6、8、20短接7、8短接7、8短接7、8短接7、8短接4、5短接4、5短接7、8短接4、5短接 . 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 TCP)b.UDP方式（向Mis传送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、HUBHUB1326314455627788b.计算机HUB1122334455667788(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MIS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，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：DCS系统名称：版本：第三方设备/系统名称/型号数量技术支持通讯资料内容 状态清晰明确不确定通讯协议（必须有附件或具体的通用通信协议名称）数据点表（必须有附件，可在通信调试前给出）功能需求功能 种类模拟量开关量事故报告(SOE)采集数据控制命令设置定值校时通讯方式串口距离类型 0-15米15-800米800米以上RS232RS485RS422以太网 技术DCS端TCP或UDPOPC或DDEODBC服务器客户端特殊需求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）根据设备数量选择通信方式总数(台)串口以太网RS232RS485RS4221直接连接直接连接直接连接通过HUB连接（配置以太网卡）220增加RS232转RS485连成一个RS485网连成一个RS422网20若干不采用分连多个RS485网分连多个RS422网注：一个RS485（RS422）网只占用一个串口，多台设备间并联，连在一个RS485（RS422）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： 通信方式距离(米)串口以太网RS232RS485RS422115直接连接直接连接直接连接通过HUB连接（配置以太网卡）151000增加RS232转RS485硬件直接连接直接连接1000及以上增加串口RS232转光纤硬件增加串口RS485转光纤硬件增加串口RS422转光纤硬件注：以串口RS232通讯时，通讯距离超过在151000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）通信线选择通信方式线型 RS232RS485RS422以太网四芯屏蔽双绞线三芯三芯五芯8芯双绞线8芯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实现。MOXA卡选型建议：型号性能通信需求MOXA CP-114IS4端口，RS-232/485/422跳线设置，ADDC功能，PCI(32bit)l 4个串口RS-485/422l 4个串口RS-232l 2个串口RS-485/422、2个串口RS-232MOXA CP-132IS2端口，RS-485/422跳线设置，ADDC功能，PCI(32bit)2个串口RS-485/422MOXA CI-134IS4端口，RS-485/422ADDC功能，ISA(16bit)4个串口RS-485/422MOXA CI-132IS2端口，RS-485/422ADDC功能，ISA(16bit)2个串口RS-485/422注：以上型号都有光电隔离保护（I）和浪涌保护（S）功能，且内置了120欧终端电阻。 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041116.xls3. 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Users 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“Users Manual”的Software Installation部分，在NT下安装和在Windows 2000下安装略有差别。、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； MOXA卡在Windows2000系统的安装方法（3）MOXA卡检测l 默认的串口编号从3开始，如一托四的MOXA卡，其端口14分别对应串口编号为COM3COM6，详见下表。PC机串口编号规则 串口设备系统中端口名称端口组态中端口号PC机自带串口1COM11PC机自带串口2COM22多串口设备端口1COM33多串口设备端口2COM44多串口设备端口3COM55多串口设备端口4COM66l 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：commix.exe、数据发送接收程序.exe等。3.1.2. 通讯线连接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：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。3.1.6. 通讯资料备份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。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。Wizport3.3.5. 串口监视工具portmon可以监视串口接收和发送的数据报文。portmon3.4. 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）附录A.MODBUS设备数据通道表示例模拟量表：序号数据名称功能码数据寄存器地址数据类型1A相电流03/0440001/30001有符号短整型2B相电流03/0440002/30002无符号短整型3C相电流03/0440003/30003无符号短整型N开关量表：序号数据名称功能码数据寄存器地址1断路器状态02/0110001/00012过流保护动作02/0110002/00023.02/0110003/0003N.B.CDT规约数据通道表