工业色谱仪和DCS之间的串行通讯

    随着数字技术和计算机技术的飞速发展,高度智能化、数字化和小型化的智能型工业色谱分析仪已被广泛地应用于石油、化工、电力、医药、冶金等行业。该工业色谱仪作为一种多组分分析仪表,它可以一次同时分析几十种物质的含量,工业色谱仪和DCS之间有大量的分析数据需要传输,以传统的模拟信号传输信号,需要大量的数据传输线和繁重的工作量,所以实现工业色谱分析仪和DCS之间的数字通讯,建立一条简单、方便、快捷的数据总线就成为用户和分析仪厂家追求的目标。基于Modbus协议的RS2485串行通讯就是一种可以实现多点通讯的数据总线。

    1　工业色谱仪3种串行通讯接口之间的区别

    在串行通讯中,通常用到3种物理接口:RS2485,RS2422和RS2232。RS2485和RS2422用于工业色谱仪和DCS的远程通讯(距离<1 200 m),而RS2232通常用于DCS和工业色谱工作站之间的近距离通讯(距离在10 m左右)。3种物理接口性能比较一览表见表1所列。

    目前,在大多数应用领域,工业色谱仪都是利用RS2485接口,通过2根双绞线将几个甚至几十个分析数据实时传输到DCS,这样降低投资成本的同时也降低了安装和维护成本。

    2　影响工业色谱仪串行通讯距离的因素

    2·1　数据传输速率

    可以通过降低数据传输速率来延长传输距离,传输速率和传输距离之间存在如下经验公式:

    传输速率(bit/s)×传输距离(m)≤10⁸

    图1为传输速率和传输距离关系图,RS2485多点网络中,总线通常工作在②这个位置。

    工业色谱仪通过RS2485传输数据的过程中,数据传输的速率是由系统的波特率决定的,波特率越高数据传输的速率越快,通常系统波特率设定为192 Kbit/s。可以通过降低波特率来延长数据传输的距离,但如图1所示,这种方式对传输距离的影响是有限的。

    2·2　接口芯片的驱动能力

    不同的芯片驱动能力各不一样,标准RS2485接口的输入阻抗大于等于12 kΩ,可以在RS2485总线上带32个工业色谱仪(节点)。提高输入阻抗可以增加总线的节点数,即总线上的工业色谱仪的数量,也可以延长传输距离。表2所列为部分芯片可负载的最大节点数。

    由于不同厂家的工业色谱仪采用不同的RS2485接口芯片,所以工业色谱仪串行通讯的最大距离不仅和RS2485接口芯片有关,而且和RS2485总线上工业色谱仪的数量有关。可以采用输入阻抗更高的芯片来延长传输距离,也可以通过减少总线上的工业色谱仪的数量来延长传输距离。

    3　工业色谱仪串行通讯协议———Modbus协议