摘要：本文以凈化水裝置浙江中控JX-300XP系統(tǒng)和西門子S7-300系統(tǒng)間通訊為對(duì)象，介紹了DCS與PLC之間的PROFIBUS-DP通訊協(xié)議，結(jié)合具體應(yīng)用實(shí)例，給出了較為詳細(xì)的硬件連接及軟件組態(tài)方案。

概述：

工業(yè)自動(dòng)化根據(jù)生產(chǎn)過程的特點(diǎn)可分為過程控制自動(dòng)化和制造工業(yè)自動(dòng)化以及各種自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)。其中，過程控制自動(dòng)化以流程工業(yè)為對(duì)象，一般選用集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS）；制造工業(yè)自動(dòng)化以離散型制造過程為對(duì)象，采用可編程控制器（PLC）更為合適；混合型制造業(yè)自動(dòng)化則以冶金、食品、紡織為對(duì)象，以DCS和PLC混合使用最好，工業(yè)自動(dòng)化正是對(duì)這些不同的工業(yè)對(duì)象發(fā)展相應(yīng)的控制技術(shù)。

PLC和DCS在早期開發(fā)時(shí)，PLC是由電氣技術(shù)員開發(fā)的，用計(jì)算機(jī)的邏輯運(yùn)算代替繼電器邏輯。DCS是由儀表技術(shù)員開發(fā)的，它在運(yùn)算放大器的基礎(chǔ)上用計(jì)算機(jī)的模擬運(yùn)算代替運(yùn)放的模擬運(yùn)算。這兩者所研究的內(nèi)容不同，后來兩者都有所改進(jìn)，PLC增加了模擬量的運(yùn)算，DCS開發(fā)了邏輯運(yùn)算。但兩者在新開發(fā)的部分都存在有一些缺陷：PLC開發(fā)的模擬量運(yùn)算功能塊少，編程較為復(fù)雜，價(jià)格也比較昂貴；DCS開發(fā)的邏輯運(yùn)算一個(gè)與非門的運(yùn)算需要幾十毫秒，而PLC只要零點(diǎn)幾毫秒。在現(xiàn)代大部分工業(yè)企業(yè)中，采用多種品牌的DCS和PLC產(chǎn)品是非常普遍存在的現(xiàn)狀，利用網(wǎng)絡(luò)使DCS與PLC得到充分整合的，二者發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，可以使控制系統(tǒng)更加靈活，更加可靠。

濟(jì)南煉油廠凈化水裝置DCS控制系統(tǒng)采用浙江中控JX-300XP系統(tǒng)，三相分離及一體化設(shè)備控制采用獨(dú)立的西門子S7-300PLC系統(tǒng)，并通過PROFIBUS-DP通訊協(xié)議與JX-300XP系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)通訊。

Profibus通訊協(xié)議簡介

目前DCS在石化企業(yè)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，但在某些場(chǎng)合，比如開關(guān)量較多、安全可靠性要求不是很高、信號(hào)比較集中的設(shè)備，單純依靠DCS并不是最佳選擇，通過PLC和DCS相結(jié)合的方法通常能夠取得更好的效果。這種情況下，DCS已不僅需要完成控制和操作的功能，在很大程度上還要整合各輔助系統(tǒng)的運(yùn)行信息和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)提供給操作人員和管理者。如何實(shí)現(xiàn)DCS系統(tǒng)與第三方系統(tǒng)間的通訊以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，越來越被更多的用戶重視和廣泛應(yīng)用。

PROFIBUS是一種具有國際化、開放化以及不依賴生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，它廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化工業(yè)領(lǐng)域，是目前世界上最成功的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，具有很高的實(shí)時(shí)性，以及較高的安全性和穩(wěn)定性。PROFIBUS提供了三種通信協(xié)議類型，分別為PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA。PROFIBUS-FMS由于配置和編程比較繁瑣，已逐漸有被淘汰的趨勢(shì)。PROFIBUS-PA主要用于過程自動(dòng)化和比較苛刻的工業(yè)環(huán)境，同時(shí)它是一種低速傳輸。PROFIBUS-DP是一種高速低成本的通信方式，主要用于現(xiàn)場(chǎng)分布式設(shè)備的通信，可以很好地滿足網(wǎng)絡(luò)通信要求。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它具有所需電纜數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡單，無源工作，可靠性高以及易于擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)。因此十分符合濟(jì)南煉油廠凈化水裝置現(xiàn)場(chǎng)控制實(shí)際情況的需求。

JX-300XP通訊硬件配置

3.1Profibus-DP主站接口卡

凈化水主控制系統(tǒng)采用浙江中控JX-300XP系統(tǒng)，以XP239-DP通訊卡作為SUPCONDCS與PROFIBUS-DP的接口，在PROFIBUS-DP中以主站形式存在。它解決了系統(tǒng)與其他異構(gòu)系統(tǒng)間的通訊問題，用于將標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS-DP從站設(shè)備連入JX-300XP系統(tǒng)。通過SCNetⅡ站間通訊協(xié)議，其他廠家測(cè)控系統(tǒng)和智能設(shè)備的過程參數(shù)可成功地與系統(tǒng)內(nèi)控制站、操作站等進(jìn)行信息雙向通信，使異構(gòu)設(shè)備成為SUPCONDCS的一部分。PROFIBUS-DP主站接口卡在控制系統(tǒng)中的連接如圖3-1所示。

圖1PROFIBUS-DP主站接口卡連接示意圖

XP239-DP與端子板TB239A-DP一起由外殼封裝后使用，外殼背面有兩個(gè)DB9接口，分別是診斷接口和PROFIBUS-DP總線接口。封裝后的PROFIBUS-DP主站接口卡如圖3-2所示。

圖2封裝后的PROFIBUS-DP主站接口卡

3.2PROFIBUS-DP總線連接

PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖3-3所示。

圖3PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

PROFIBUS-DP的總線速度從9.6k~12M可調(diào)，同一時(shí)刻總線上所有站點(diǎn)必須使用同樣的通信速率。在不同的速率下，單段總線可以傳輸?shù)淖铋L距離有所不同，具體如下表所示。

表1不同速率單段總線傳輸?shù)淖铋L距離

當(dāng)PROFIBUS-DP的一個(gè)總線段超過上表距離時(shí)，可以使用RS-485中繼器擴(kuò)展總線段。一個(gè)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)最多可以使用4個(gè)RS-485中繼器。

S7-300硬件配置

凈化水裝置中的三相分離及一體化設(shè)備控制采用西門子S7-300系列，這是一種中型PLC系統(tǒng)，具有模塊化擴(kuò)展功能，設(shè)計(jì)緊湊。其CPU集成了各種中斷處理能力，如時(shí)間中斷，報(bào)警中斷等。CPU具體選擇型號(hào)為CPU313-2DP（圖4-1），三相分離設(shè)備DP通訊通過連接集成在CPU上的DP口完成，一體化設(shè)備因CPU上的DP口被用于連接兩臺(tái)變頻器，故通訊功能通過增加CP342-5（圖4-2）模塊來完成，兩套設(shè)備均作為從站連入JX-300XP系統(tǒng)。

系統(tǒng)組態(tài)

本節(jié)以濟(jì)南煉油廠凈化水裝置DCS控制系統(tǒng)與三相分離、一體化PLC系統(tǒng)間通訊為例，介紹JX-300XP與S7-300的通訊組態(tài)及編程。

5.1S7-300PLC系統(tǒng)組態(tài)

本節(jié)將介紹如何將S7-300CPU使用PROFIBUS通信模塊CP342-5和XP239-DP連入系統(tǒng)。這里CP342-5作為PROFIBUS-DP從站，XP239-DP作為PROFIBUS-DP主站。

打開Step7系統(tǒng)配置軟件，添加相應(yīng)的機(jī)架、電源模塊、CPU模塊、I/O模塊。在10號(hào)槽位添加CP342-5模塊，如圖4所示。 

雙擊CP342-5模塊，設(shè)置CP342-5的PROFIBUS地址，如圖5所示

采用CP342-5進(jìn)行PROFIBUS通訊包括兩個(gè)步驟：1.CPU將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺P通訊卡的數(shù)據(jù)寄存器當(dāng)中；2.數(shù)據(jù)從CP342-5的數(shù)據(jù)寄存器當(dāng)中寫到PROFIBUS從站的Output數(shù)據(jù)區(qū)，必須手動(dòng)地調(diào)用功能塊FC1（”SEND”）和FC2（”RECV”），完成CP342-5與CPU之間的數(shù)據(jù)交換。

1、參數(shù)化FC1和FC2的參數(shù)

DP_SEND(FC1)功能塊的"SEND"參數(shù)是需要定義的一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)，該數(shù)據(jù)區(qū)是CPU發(fā)送給XP239-DP的數(shù)據(jù)源。同樣，DP_RECV(FC2)功能塊的"RECV"參數(shù)定義的是將XP239-DP發(fā)送來的數(shù)據(jù)存放在CPU的某個(gè)數(shù)據(jù)地址區(qū)（如圖5-3所示）

"DP_SEND"功能塊包括有"DONE"，"ERROR"和"STATUS"三個(gè)參數(shù)，用來指示數(shù)據(jù)傳輸?shù)臓顟B(tài)和成功與否。"DP_RECV"功能塊包括有"NDR","ERROR","STATUS"和"DPSTATUS"四個(gè)參數(shù)，用來指示數(shù)據(jù)傳輸?shù)臓顟B(tài)和成功與否。當(dāng)Error＝False，STATUS＝0，DONE=True，NDR＝True時(shí)，說明CPU與CP342-5之間的數(shù)據(jù)交換成功進(jìn)行。

5.2JX-300XPDCS系統(tǒng)組態(tài)

5.2.1組態(tài)前期準(zhǔn)備工作

首先在工程師站上安裝PROFIBUS-DP主站接口卡上位機(jī)軟件補(bǔ)丁及Sycon軟件，安裝結(jié)束后可以通過注冊(cè)激活SyCon的全部功能，否則只能配置由一個(gè)主站和一個(gè)從站構(gòu)成的系統(tǒng)。隨后啟動(dòng)SyCon軟件進(jìn)行Profibus通訊配置，創(chuàng)建文件、添加GSD文件、添加主站、添加從站時(shí)的組態(tài)需要和在Step7中調(diào)用FC1和FC2時(shí)定義的輸入輸出數(shù)據(jù)長度一致，最后可開啟調(diào)試模式，觀察各個(gè)站的運(yùn)行情況。

在JX-300XP通訊組態(tài)中，首先對(duì)主站接口卡進(jìn)行組態(tài)，配置PROFIBUS-DP主站接口卡控制周期和地址（設(shè)為128.128.1.4）。

選擇PROFIBUS-DP主站接口卡，點(diǎn)擊菜單“總體信息\配置DP組態(tài)”，選擇相應(yīng)配置DP文件，添加DP文件中的組態(tài)形成樹，然后就可以對(duì)里面的各個(gè)模塊進(jìn)行位號(hào)配置組態(tài)。DP組態(tài)完成后，點(diǎn)擊“DP組態(tài)下載”菜單項(xiàng)將組態(tài)文件加載到主站接口卡中。 

總結(jié)

凈化水裝置DCS改造后，PLC與DCS通訊性能穩(wěn)定，技術(shù)可靠，使用效果良好，較好的實(shí)現(xiàn)了工藝對(duì)控制系統(tǒng)的需求。