基于PROFIBUS—DP協議的PLC與DCS通訊系統設計

張帥+沙婷+南宏偉

摘 要：現代化工業的迅速發展，不斷促進著自動化控制技術及通信技術的發展。當前，PLC、DCS、智能儀表等已廣泛應用到現場生產控制系統中.實際應用中，往往需要不同廠家控制系統的數據共享，需要將兩種不同系統進行互聯。該文介紹了如何基于PROFIBUS-DP協議實現西門子S7-300系列PLC與浙江中控JX-300XP型DCS集散控制系統之間的通訊。

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

工業控制已從單機控制走向集中控制、分散控制，并走向網絡時代。工業控制網絡為數據采集、工業控制提供了方便，節省了成本，提高了性能。在實際化工廠工業控制網絡中，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。某化工廠原有一套西門子S7-300系列PLC系統用于一套附屬機械設備的邏輯控制，后在實際使用中，需用生產線使用的浙江中控JX-300XP型DCS控制系統對其進行實時監控及控制，為減少成本，需建立DCS與PLC之間的通訊系統。西門子S7-300系列PLC系統支持PROFIBUS-DP協議，故決定選用PROFIBUS-DP協議通訊的數字通訊方式，實現兩系統的互聯。目前改造后的系統運行效果良好。

1 通訊系統結構設計

浙江中控JX-300XP型DCS控制系統有專門用于與PROFIBUS-DP協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互聯進行通訊。此種方案可使SUPCON DCS系統直接對西門子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，降低了系統掃描時間，提高了系統穩定性。工程師只需對SUPCON DCS系統進行編程即可，無需再進行西門子的STEP編程，大大降低了編程工作量。

2 通訊系統網絡組成

2.1 PROFIBUS協議簡介

PROFIBUS是過程現場總線（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，廣泛適用于制造業自動化、流程工業自動化和樓宇、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控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術，可實現現場設備層到車間級監控的分散式數字控制和現場通信網絡，從而為實現工廠綜合自動化和現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、嚴格的認證規范、開放的標準、眾多廠商的支持和不斷發展的應用行規，已成為最重要的和應用最廣泛的現場總線標準，在多種自動化領域中占據主導地位，全世界的設備節點數已經超過2 000萬。

PROFIBUS現場總線通訊協議包括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中單元級和現場級通信；（2）PROFIBUS PA：電源和通信數據通過總線并行傳輸，主要用于面向過程自動化系統中單元級和現場級通訊；（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中系統級和車間級的過程數據交換。其中，PROFIBUS-DP是高速網絡，通訊速率達到12 M。PROFIBUS-DP可以連接遠程I/O、執行機構、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系統配置工具，具有統一的用戶界面，適用于所有PROFIBUS系統。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據文檔（EDS文件），這些文件中定義了總線設備的相關特性參數。這些文件標準化了一些現場總線系統，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，包含了各個現場總線設備。雙擊節點圖形，可以打開相應的配置窗口。在顯示的表格中，可以創建當前節點配置的所有可能模塊或數據。過程映像中的數據地址可以通過配置工具進行手動或自動生成。節點的參數化是通過各自現場總線系統的選擇或輸入值實現的。最后一步是總線參數的定義，它局限于傳輸速率的定義，而所有其他參數都是各自依據設備描述文件的基本數據。

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

3 通訊系統配置編程

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

3.2.1 主站接口卡組態

在SCKey組態軟件中，添加XP239-DP主站，配置DP組態，添加Sycon軟件配置完畢的pb文件，并根據需要對其進行變量類型及位號的組態。對于模擬量輸入模塊，其數據類型均為有符號整數，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，編碼低字節為0，編碼高字節為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，不會對生產造成影響。組態完成后，可通過“查看控制位號”來查看變量地址，字節偏移/4即為變量地址。

3.2.2 受控主控卡組態

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組態和主控卡組態分別進行下載，即可有SUPCON DCS操作員對PLC系統進行實時監控和控制，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議，形成了基于PLC、DCS、FCS并存的各種工業控制網絡。這就需要利用計算機技術和網絡技術將各輔助系統的過程數據進行統一監控控制，減少監控點，從而達到化工生產“分散控制，集中管理”的特點。在該通訊系統中，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操作員直接對生產輔助設備進行監控和控制，降低了成本，極大地方便了自動化工業現場的控制和操作。自該通信系統運行以來，整個系統通訊正常，有效保證了整個化工控制系統的正常運行。

參考文獻

[1] 張國禹，張志軍.實現DCS與PLC控制系統相互無擾動切換的方案[J].杭氧科技，2007（4）：27-31.

[2] 王英，宋仁義.淺談DCS與PLC在控制系統應用中的區別與聯系[J].礦業工程，2010（3）：42-43.