橫河DCS與西門子PLC的數(shù)據(jù)通訊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

殷倩倩

（山信軟件萊蕪分公司，山東萊蕪，271104）

0 引言

萊鋼焦化廠現(xiàn)在使用的工業(yè)控制系統(tǒng)主要包括橫河DCS、西門子系列品牌，不管是硬件還是軟件界面DCS和PLC都不同各有各自的技術(shù)特點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)差異，不同型號(hào)的DCS與PLC之間通訊比較困難。 而且由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不斷更替、改建、技術(shù)改造，所以就需要實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊和傳輸。

焦油深加工項(xiàng)目中央控制系統(tǒng)采用橫河CS3000 DCS控制系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部采用專用冗余ESB通訊網(wǎng)絡(luò)，通訊介質(zhì)為專用ESB電纜；DCS之間采用橫河專用冗余Vnet通訊網(wǎng)絡(luò)，通訊介質(zhì)為雙絞線； 系統(tǒng)與上位機(jī)之間通訊采用橫河專用冗余（Vnet+Vnet/IP）通訊網(wǎng)絡(luò)，通訊介質(zhì)為雙絞線，其中上位機(jī)需要專用冗余通訊VI702。

管式爐等子系統(tǒng)采用西門子S7-300 PLC控制系統(tǒng)， PLC與上位機(jī)之間采用的通訊方式為工業(yè)以太網(wǎng)，通訊介質(zhì)為雙絞線。

1 通訊的分析與設(shè)計(jì)

隨著焦化廠人員逐年減少，各車間崗位整合，不同系統(tǒng)集中監(jiān)控，不同系統(tǒng)間連鎖控制逐年增多，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)間通訊變得尤為重要目前焦化廠共有橫河DCS系統(tǒng)30余套西門子PLC60余套，由于各工控系統(tǒng)通訊協(xié)議和通訊方式各不相同，要實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)通訊和數(shù)據(jù)共享會(huì)變的更加復(fù)雜。焦化廠要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間通訊資源共享存在以下難點(diǎn)。

（1）各系統(tǒng)都制定了自己的通訊協(xié)議和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)間資源共享制造了障礙。（2）每個(gè)系統(tǒng)支持的通訊接口與協(xié)議各有不通。（3）PLC和DCS系統(tǒng)安放位置過(guò)于分散，搭建通訊網(wǎng)絡(luò)困難太大費(fèi)用太高。（4）各系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)要求各不相同，建立數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜。（5）通訊信號(hào)的門電壓為 12V，線路過(guò)長(zhǎng)，通訊網(wǎng)絡(luò)太復(fù)雜，干擾太嚴(yán)重。（6）構(gòu)建通訊線路的施工難度較大。

從現(xiàn)有工控領(lǐng)域現(xiàn)狀來(lái)看，各廠自動(dòng)化系統(tǒng)都面臨著不同自動(dòng)控制系統(tǒng)之間整合的難題，不同的控制系統(tǒng)甚至相同系統(tǒng)不同型號(hào)間都存在兼容的問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題，先后推出了控制局域網(wǎng)絡(luò)（ CAN）、 PROFIBUS、WorldFIP現(xiàn)場(chǎng)總線、P- NET、 LON 總線、基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（ FF）、 HART 等多種通訊協(xié)議， 但仍存在一些問(wèn)題，如： 系統(tǒng)不開放各系統(tǒng)間產(chǎn)品缺乏互換性互操作性。

為實(shí)現(xiàn)萊鋼焦化廠橫河DCS與西門子PLC間數(shù)據(jù)通訊提出以下三種方案。

（1）基于PROFIBUS-DP方式實(shí)現(xiàn)通訊

PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線是一種國(guó)際化，開放式，不依賴于生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。 傳輸可使用RS-485傳輸技術(shù)或光纖媒體。

橫河CS3000控制系統(tǒng)中的通訊模塊ALP111采用的是PROFIBUS-DP協(xié)議，西門子S7系列PLC同樣支持PROFIBUSDP通訊協(xié)議，兩套系統(tǒng)間就可以實(shí)現(xiàn)通訊構(gòu)建。

在 PROFIBUS- DP通訊中ALP111需要作為主站的通訊模塊，但是CS3000不支持通訊中 GSD文件的識(shí)別， 因此通訊的組態(tài)需要第三方的組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)，而 Hilscher公司編寫的軟件 System configutator可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。

[23]Judea Pearl, “Theoretical Impediments to Machine Learning with Seven Sparks from the Causal Revolution”, Jan.11, 2018, https://arxiv.org/abs/1801.04016.

（2）基于Modbus方式實(shí)現(xiàn)通訊

Modbus通訊協(xié)議支持傳統(tǒng)RS-232、RS-422和RS-485等設(shè)備，它采用查詢通訊方式進(jìn)行主從設(shè)備的信息傳輸。

橫河CS3000控制系統(tǒng)中的通訊模塊ALR121支持Modbus通訊協(xié)議。 而西門子S7系列PLC（CP341）同樣支持Modbus通訊協(xié)議，這就為這兩套系統(tǒng)間的Modbus通訊提供了可能。

（3）基于以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通訊

橫河控制系統(tǒng) CS3000系統(tǒng)間通訊采用 Vnet通訊網(wǎng)絡(luò)，與西門子 PLC的以太網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)不能兼容，但是 CS3000有專用的以太網(wǎng)通訊模塊 ALE111， 支持 TCP/ IP通訊方式，而西門子 s7系列 PLC同樣支持 TCP/ IP通訊方式，這就為這兩套系統(tǒng)間的以太網(wǎng)通訊提供了可能。

綜合考慮成本和方便可操作性最終采用第一種PROFIBUS-DP通訊模式。

2 制功能方案的實(shí)施

硬件方面：利用ALP111模塊（橫河Profibus-DP 模塊），與CP342-5（西門子Profibus-DP 模塊）通過(guò)DP連接。

軟件方面：橫河DCS系統(tǒng)采用CS3000+LFS2540編程軟件完成通訊組態(tài)，西門子PLC采用step7編程軟件完成通訊編程，最后由第三方軟件System Configurator（Hilscher公司編程軟件）進(jìn)行整合。

（1）配置硬件

圖1 硬件配置

（2）軟件配置

此通訊設(shè)計(jì)是由CS3000 R3.08（橫河DCS組態(tài)軟件）、LFS2540（DCS PROFIBUS通訊軟件包）、step7 5.5（西門子PLC編程軟件）、System Configurator（Hilscher公司的編程軟件）、Windows XP（操作系統(tǒng)）五大系統(tǒng)相互聯(lián)系配合實(shí)現(xiàn)的。

（3）網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

在橫河DCS和西門子PLC中設(shè)置好整個(gè)Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)的配置，包括網(wǎng)絡(luò)波特率、主從站地址以及主從關(guān)系表等參數(shù)。在第三方軟件數(shù)據(jù)通訊軟件上，進(jìn)行組態(tài)。在工作人員的配合設(shè)置下，形成整個(gè)Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)的配置，包括網(wǎng)絡(luò)波特率、主從站地址以及主從關(guān)系表等參數(shù)。在第三方軟件數(shù)據(jù)通訊軟件上，進(jìn)行組態(tài)。實(shí)時(shí)組態(tài)有以下操作：

①首先通訊軟件上定義參數(shù)（System Configurator）

打開編程軟件從slave Configuration配置重要參數(shù)，將模塊類型、數(shù)據(jù)類型、主站地、從站地址、波特率、等信息如實(shí)按照現(xiàn)場(chǎng)通訊設(shè)置，如下圖2配置。

圖2 slave Configuration配置

②從System Configurator的菜單欄選項(xiàng)中選擇Export導(dǎo)出相應(yīng)的DBM文件。

③將從System Configurator中導(dǎo)出的DBM文件導(dǎo)入到橫河DCS組態(tài)軟件CS3000。

④最后在ALP111編程，將變量進(jìn)行添加，設(shè)置數(shù)據(jù)類型，大小整理，定義好每個(gè)變量的通訊地址。

圖3 定義通訊地址

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò) Profibus- DP總線最終實(shí)現(xiàn)了橫河 DCS與西門子 PLC之間的通信， 并且經(jīng)過(guò)一斷時(shí)間的檢測(cè)，可以穩(wěn)定運(yùn)行，并且具有一定的數(shù)據(jù)處理能力，對(duì)系統(tǒng)間聯(lián)鎖和對(duì)子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，為現(xiàn)場(chǎng)操作人員提供了更便利的方式，保證了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。