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2009NO .4
China New Technologies and Products
虚拟模块网关在DeltaV 控制系统中的应用
刘建斌
（吐哈油田丘东采油厂，新疆鄯善838202）
0引言
红台集气站选用艾默生过程管理DeltaV 控制系统，实现对天然气预处理装置的过程控制与监控。天然气预处理装置包括天然气、闪蒸
气、
氨制冷等压缩机组，这些机组采用PLC 控制系统进行就地控制，并通过RS485/Modbus RTU 协议进行通信。外围二十多口天然气井采用十几套RTU 系统控制就地控制，通过光纤和Mod －bus TCP 协议进行通信。为了实现DeltaV 控制系统融合RTU 、PLC 系统数据通信，需要MYNAH 公司的虚拟模块网关和Moxa 公司的NPort 5630-16串口设备联网服务器来完成。
1Modbus TCP 协议
Modbus 协议是由莫迪康公司于1979年开发的用于莫迪康可编程控制器与工业自动化系统的工业通信协议，现已成为广泛应用、开放的标准通信协议。Modbus 协议分为Modbus ASCII 和Modbus RTU 两种协议
Modbus TCP 协议是运行在TCP/IP 网络上
的Modbus RTU 协议。通过此协议，
控制器相互之间通过网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。Modbus/TCP 协议已经成为一通用工业网络应用层的标准，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。
Modbus TCP 协议在以太网络上具有三种实现方式：
＊RTU TCP -符合Modbus TCP 协议标准，数据帧包含一个由Modbus TCP 标准定义的6字节头信息，使用TCP 协议发送接收数据，一般使用502端口。
＊RTU via TCP -把Modbus RTU 协议封
装成TCP 报文，
使用TCP 协议发送接收数据。＊RTU via UDP -与RTU via TCP 相似，只是使用UDP 协议发送接收数据。
2NPort 5630-16
MOXA 公司的NPort 5630-16串口设备联网服务器拥有16个RS422/485串口和一个10/100M 以太网口，可以直接进行串口和以太网接口的双向传输数据。Nport 服务器为串口设备连接到以太网提供了便捷的传输方式，具有良好的扩展性能。只需简单配置就可以实现串口设备联网。
NPort 5630服务器串口支持RS422和RS485二线、RS485四线三种电气传输协议，传输速率最高可达921.6KBPS ，每个串口可分别工作于TCP Server 、TCP Client 、UDP 等模式以连接以太网。
当串口工作于TCP Server 模式时，NPort 服务器提供TCP/IP 网络上的独一IP:Port 地址，以便主机与串口设备建立通信链接。至多支持4个仿真链接，即可至多支持4个主机同时访问
该串口设备。
若串口使用RS485/Modbus RTU 协议与PLC 系统进行通信，主机访问相应PLC 系统则需使用RTU via TCP 方式的Modbus TCP 协议。
3虚拟模块网关
虚拟模块网关使用Modbus TCP/IP 和Eth －ernet IP 协议实现DeltaV 控制系统与开放式以太网络和设备之间的通信。DeltaV 控制器可以通过以太网络从PLC 等设备中读取和写入信号。
虚拟模块网关由硬件、固件两部分组成：
硬件-MIM-4207：
虚拟IO 模块卡件固件-IOD-4101:Modbus TCP 驱动程序或IOD-4102:Ethernet IP 驱动程序。虚拟模块网关具有以下特点：
＊与DeltaV 系统无缝集成-每个虚拟模块网关可以相当于4个DeltaV 系统虚拟串口通信卡件。虚拟模块网关可以由DeltaV 系统自动检测，其在DeltaV 系统中的组态及应用与串口通信卡件完全一致。
＊直观的网络设置-VIMNet 组态软件可以快速、简便、直观地完成对工厂以太网络及虚拟模块网关的设置。
＊强大的集成解决方案-每个虚拟模块网关可以至多仿真4个串口卡、来自32个网络地址设备的128个数据包。基于工厂以太网络的通信是快速和有效的。用户配置的IP 地址允许虚拟模块网关可用于大多数工厂环境，而与网络结构无关。
＊可以冗余设置-可以进行1:1的冗余设置，并可进行无扰动切换。
每套DeltaV 控制器至多可以安装两套虚拟模块网关组件，每套虚拟模块网关组件包括一
块两槽系统底板、
一块系统电源卡件、一块虚拟模块网关卡件。虚拟模块网关必须安装在DeltaV 控制器的左侧。虚拟模块网关通信网络（VIMNet ）必须与DeltaV 控制网络相互隔离，以保证DeltaV 控制系统的安全。
虚拟模块网关仿真占用DeltaV 控制系统最后一块IO 底板，即占用IO 卡号57-64。若为简单模式，每块虚拟模块网关占用IO 卡号57-60或61-64。若为冗余模式，则冗余占用IO 卡号57/58、59/60、61/62和63/64。
VIMNet 网络上所有的节点设备IP 地址都需设置在同一网段上，使用同一的子网屏蔽码。
根据工程实际使用VIMNet 组态软件对虚拟模块网关进行一系列的设置。首先对虚拟模块网关的IP 地址、子网屏蔽码、仿真的IO 卡号及冗余进行设置，见图1。
图1虚拟模块网关设置
再对仿真的串口进行设置，见图2：
IP 地址-RTU 系统为设备的具体IP 地址，
PLC 系统为NPort 5630服务器中相应串口IP 地址；
Port 号-RTU 系统为502，PLC 系统为NPort 5630服务器中相应串口Port 号；
通信协议-RTU 系统为RTU TCP,PLC 系统为RTU via TCP 。
图2仿真串口设备设置
设置完成后进行保存和下载。
使用DeltaV 系统组态软件对设备进行相应
的组态并下载即可完成与设备的通信：
tcp ip协议在设计时
IO 卡号及串口端口号均为VIMNet 虚拟仿真的IO 卡号
及串口端口号、
主从模式选为主模式、数据包根据实际进行设置等等。
使用9.3版本以下的DeltaV 系统软件，每个仿真的串口都需要使用DeltaV 系统串口授权。
4结束语
通过使用虚拟模块网关和串口设备服务器，顺利实现了红台集气站DeltaV 控制系统与所有单井RTU 系统和机组PLC 系统之间的数据通信，充分发挥了DeltaV 控制系统的强大功能和优越性能，为生产装置的安全平稳运行提供了可靠的技术保障。
参考文献
[1]MOXA Technologies Co.,Ltd.NPort 5600Se －ries User's Manual Seventh Edition ,July 2006[2]MYNAH Technologies.Modbus TCP Master Driver for DeltaV Virtual I/O Module Network Gateway User Manual ,April 2007
作者简介：刘建斌，男，1969年生，1994年毕
业于石油大学(华东)计算机专业，
获学士学位，工程师；从事油田自动化系统设计、
集成与维护工作。
摘要：本文描述虚拟模块网关功能与性能，以及
DeltaV
控制系统与RTU 、PLC 系统实现通信的途径与方式。
关键词：集散控制系统；虚拟模块网关；Modbus TCP 协议
13--
DOI:10.13612/jkitp.2009.04.158

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