基于PROFIBUS—DP協(xié)議的PLC與DCS通訊系統(tǒng)設計

張帥+沙婷+南宏偉

摘 要：現(xiàn)代化工業(yè)的迅速發(fā)展，不斷促進著自動化控制技術及通信技術的發(fā)展。當前，PLC、DCS、智能儀表等已廣泛應用到現(xiàn)場生產(chǎn)控制系統(tǒng)中.實際應用中，往往需要不同廠家控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享，需要將兩種不同系統(tǒng)進行互聯(lián)。該文介紹了如何基于PROFIBUS-DP協(xié)議實現(xiàn)西門子S7-300系列PLC與浙江中控JX-300XP型DCS集散控制系統(tǒng)之間的通訊。

關鍵詞：PLC DCS PROFIBUS-DP 通訊

中圖分類號：TH89 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）09（a）-0016-02

工業(yè)控制已從單機控制走向集中控制、分散控制，并走向網(wǎng)絡時代。工業(yè)控制網(wǎng)絡為數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制提供了方便，節(jié)省了成本，提高了性能。在實際化工廠工業(yè)控制網(wǎng)絡中，由于控制方式及建設進度等問題，可能會存在多種控制系統(tǒng)。某化工廠原有一套西門子S7-300系列PLC系統(tǒng)用于一套附屬機械設備的邏輯控制，后在實際使用中，需用生產(chǎn)線使用的浙江中控JX-300XP型DCS控制系統(tǒng)對其進行實時監(jiān)控及控制，為減少成本，需建立DCS與PLC之間的通訊系統(tǒng)。西門子S7-300系列PLC系統(tǒng)支持PROFIBUS-DP協(xié)議，故決定選用PROFIBUS-DP協(xié)議通訊的數(shù)字通訊方式，實現(xiàn)兩系統(tǒng)的互聯(lián)。目前改造后的系統(tǒng)運行效果良好。

1 通訊系統(tǒng)結構設計

浙江中控JX-300XP型DCS控制系統(tǒng)有專門用于與PROFIBUS-DP協(xié)議設備通訊用的主站接口卡XP239-DP，它作為SUPCON DCS與PROFIBUS-DP的接口，在PROFIBUS-DP中以主站形式存在。它通過PROFIBUS系統(tǒng)配置工具SYSCON直接與西門子S7-300系列PLC從站接口模塊IM153-1互聯(lián)進行通訊。此種方案可使SUPCON DCS系統(tǒng)直接對西門子S7-300系列PLC的從站接口及IO模塊進行控制，而不必通過西門子PLC的CPU模塊進行通訊轉接，降低了系統(tǒng)掃描時間，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。工程師只需對SUPCON DCS系統(tǒng)進行編程即可，無需再進行西門子的STEP編程，大大降低了編程工作量。

2 通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡組成

2.1 PROFIBUS協(xié)議簡介

PROFIBUS是過程現(xiàn)場總線（Process Field Bus）的縮寫，其傳送速度可在9.6kbaud～12Mbaud范圍內選擇且當總線系統(tǒng)啟動時，所有連接到總線上的裝置應該被設成相同的速度，廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通電力等其他領域自動化。PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術，可實現(xiàn)現(xiàn)場設備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設備智能化提供了可行的解決方案。它以獨特的技術特點、嚴格的認證規(guī)范、開放的標準、眾多廠商的支持和不斷發(fā)展的應用行規(guī)，已成為最重要的和應用最廣泛的現(xiàn)場總線標準，在多種自動化領域中占據(jù)主導地位，全世界的設備節(jié)點數(shù)已經(jīng)超過2 000萬。

PROFIBUS現(xiàn)場總線通訊協(xié)議包括3個主要部分：（1）PROFIBUS DP：主站和從站之間采用輪循的通訊方式，主要應用于自動化系統(tǒng)中單元級和現(xiàn)場級通信；（2）PROFIBUS PA：電源和通信數(shù)據(jù)通過總線并行傳輸，主要用于面向過程自動化系統(tǒng)中單元級和現(xiàn)場級通訊；（3）PROFIBUS FMS：定義了主站和主站之間的通訊模型，主要用于自動化系統(tǒng)中系統(tǒng)級和車間級的過程數(shù)據(jù)交換。其中，PROFIBUS-DP是高速網(wǎng)絡，通訊速率達到12 M。PROFIBUS-DP可以連接遠程I/O、執(zhí)行機構、智能馬達控制器、人機界面HMI、閥門定位器、變頻器等智能設備，1條PROFIBUS-DP總線可以最多連接123個從站設備。PROFIBUS-DP的拓撲結構可以是總線型、星型和樹型，通訊介質可以是屏蔽雙絞線、光纖，支持紅外傳輸。

2.2 SYSCON軟件簡介

SyCon是通用的PROFIBUS系統(tǒng)配置工具，具有統(tǒng)一的用戶界面，適用于所有PROFIBUS系統(tǒng)。作為一個基本的配置工具，它使用了所謂的設備描述文件或電子數(shù)據(jù)文檔（EDS文件），這些文件中定義了總線設備的相關特性參數(shù)。這些文件標準化了一些現(xiàn)場總線系統(tǒng)，是由設備制造商提供的，SyCon提供該功能的導入?？偩€結構是由圖形編輯器決定的，包含了各個現(xiàn)場總線設備。雙擊節(jié)點圖形，可以打開相應的配置窗口。在顯示的表格中，可以創(chuàng)建當前節(jié)點配置的所有可能模塊或數(shù)據(jù)。過程映像中的數(shù)據(jù)地址可以通過配置工具進行手動或自動生成。節(jié)點的參數(shù)化是通過各自現(xiàn)場總線系統(tǒng)的選擇或輸入值實現(xiàn)的。最后一步是總線參數(shù)的定義，它局限于傳輸速率的定義，而所有其他參數(shù)都是各自依據(jù)設備描述文件的基本數(shù)據(jù)。

SyCon提供了全面的診斷功能。在診斷模式下，設備的所有狀態(tài)都被循環(huán)地喚醒，并以紅色或綠色顯示，其依賴于數(shù)據(jù)交換在那時是否正在進行。通過雙擊“紅色”的總線節(jié)點，錯誤的原因代碼就會顯示。更多的功能包括錯誤的讀出、錯誤統(tǒng)計的顯示和過程數(shù)據(jù)的輸入和輸出。

3 通訊系統(tǒng)配置編程

3.1 sycon軟件配置

在進行sycon軟件配置前，需去西門子官網(wǎng)下載所需IM153-1從站通訊模塊的GSD文件，并導入至sycon軟件中。

利用軟件的“Insert->Master”和“Insert->Slave”命令添加主站和從站，并設置好主從站地址。之后，需對主從站及總線參數(shù)進行設置，重點在于從站IO模塊的添加，添加IO模塊時需保證訂貨號與實際模塊保持一致。需注意的是西門子的IO模塊一般可接多種信號，如模擬量輸入模塊，既可接4～20 mA電流信號，又可接0～10 V電壓信號，故進行配置時需對每一個IO模塊的“Parameter Data->Module”進行配置，選擇好每一個模塊通道的信號類型和模塊地址。

3.2 DCS軟件組態(tài)

3.2.1 主站接口卡組態(tài)

在SCKey組態(tài)軟件中，添加XP239-DP主站，配置DP組態(tài)，添加Sycon軟件配置完畢的pb文件，并根據(jù)需要對其進行變量類型及位號的組態(tài)。對于模擬量輸入模塊，其數(shù)據(jù)類型均為有符號整數(shù)，下限為-32768，上限為32767。對于模擬量輸出模塊，上下限即為實際儀表量程，編碼低字節(jié)為0，編碼高字節(jié)為27648。所有變量均選擇參與控制，這樣后期再對備用點進行使用時就無需重新下載DP組態(tài)，不會對生產(chǎn)造成影響。組態(tài)完成后，可通過“查看控制位號”來查看變量地址，字節(jié)偏移/4即為變量地址。

3.2.2 受控主控卡組態(tài)

在DP主站接口卡的受控主控卡內建立與DP主站接口卡相對應的半浮點型變量，主控卡與DP接口卡的通訊編程類似于DCS站間通訊的編程，區(qū)別在于需將原DP接口卡中的整形變量轉換為半浮點型變量。對于模擬量輸入模塊，主控卡通訊編程中GETMSG模塊的STATION地址即為XP239-DP主站接口卡地址，SERIAL地址為通訊變量在XP239-DP接口卡中的地址。對于模擬量輸出模塊，SETSFLOAT模塊的輸入即為變量地址。

3.2.3 下載調試

將DP組態(tài)和主控卡組態(tài)分別進行下載，即可有SUPCON DCS操作員對PLC系統(tǒng)進行實時監(jiān)控和控制，而不必再對機械設備進行DCS改造，達到了改造目的。

4 結語

現(xiàn)代化工對自動化控制水平的要求不斷提高，所采用的控制系統(tǒng)和設備也越來越多，由于制造商的不同，他們各自采用自己的通訊協(xié)議，形成了基于PLC、DCS、FCS并存的各種工業(yè)控制網(wǎng)絡。這就需要利用計算機技術和網(wǎng)絡技術將各輔助系統(tǒng)的過程數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一監(jiān)控控制，減少監(jiān)控點，從而達到化工生產(chǎn)“分散控制，集中管理”的特點。在該通訊系統(tǒng)中，SUPCON DCS的控制卡件直接連接到了西門子S7-300系列PLC的從站通訊和IO模塊，可使DCS操作員直接對生產(chǎn)輔助設備進行監(jiān)控和控制，降低了成本，極大地方便了自動化工業(yè)現(xiàn)場的控制和操作。自該通信系統(tǒng)運行以來，整個系統(tǒng)通訊正常，有效保證了整個化工控制系統(tǒng)的正常運行。

參考文獻

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