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)間通訊為對象，介紹了DCS與PLC之間的PROFIBUS-DP通訊協(xié)議，結(jié)合具體應用實例，給出了較為詳細的硬件連接及軟件組態(tài)方案。

概述：

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

PLC和DCS在早期開發(fā)時，PLC是由電氣技術員開發(fā)的，用計算機的邏輯運算代替繼電器邏輯。DCS是由儀表技術員開發(fā)的，它在運算放大器的基礎上用計算機的模擬運算代替運放的模擬運算。這兩者所研究的內(nèi)容不同，后來兩者都有所改進，PLC增加了模擬量的運算，DCS開發(fā)了邏輯運算。但兩者在新開發(fā)的部分都存在有一些缺陷：PLC開發(fā)的模擬量運算功能塊少，編程較為復雜，價格也比較昂貴；DCS開發(fā)的邏輯運算一個與非門的運算需要幾十毫秒，而PLC只要零點幾毫秒。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)絡使DCS與PLC得到充分整合的，二者發(fā)揮各自優(yōu)點，可以使控制系統(tǒng)更加靈活，更加可靠。

濟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備控制采用獨立的西門子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)中應用相當廣泛，但在某些場合，比如開關量較多、安全可靠性要求不是很高、信號比較集中的設備，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。如何實現(xiàn)DCS系統(tǒng)與第三方系統(tǒng)間的通訊以進行數(shù)據(jù)交換，越來越被更多的用戶重視和廣泛應用。

PROFIBUS是一種具有國際化、開放化以及不依賴生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準，它廣泛應用于自動化工業(yè)領域，是目前世界上最成功的現(xiàn)場總線之一，具有很高的實時性，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。PROFIBUS-PA主要用于過程自動化和比較苛刻的工業(yè)環(huán)境，同時它是一種低速傳輸。PROFIBUS-DP是一種高速低成本的通信方式，主要用于現(xiàn)場分布式設備的通信，可以很好地滿足網(wǎng)絡通信要求。網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)采用總線網(wǎng)絡拓撲結(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充等優(yōu)點。因此十分符合濟南煉油廠凈化水裝置現(xiàn)場控制實際情況的需求。

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，用于將標準PROFIBUS-DP從站設備連入JX-300XP系統(tǒng)。通過SCNetⅡ站間通訊協(xié)議，其他廠家測控系統(tǒng)和智能設備的過程參數(shù)可成功地與系統(tǒng)內(nèi)控制站、操作站等進行信息雙向通信，使異構(gòu)設備成為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)絡采用總線型拓撲結(jié)構(gòu)，如圖3-3所示。

圖3PROFIBUS-DP網(wǎng)絡采用總線型拓撲結(jié)構(gòu)

PROFIBUS-DP的總線速度從9.6k~12M可調(diào)，同一時刻總線上所有站點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PROFIBUS-DP的一個總線段超過上表距離時，可以使用RS-485中繼器擴展總線段。一個PROFIBUS-DP網(wǎng)絡最多可以使用4個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)，具有模塊化擴展功能，設計緊湊。其CPU集成了各種中斷處理能力，如時間中斷，報警中斷等。CPU具體選擇型號為CPU313-2DP（圖4-1），三相分離設備DP通訊通過連接集成在CPU上的DP口完成，一體化設備因CPU上的DP口被用于連接兩臺變頻器，故通訊功能通過增加CP342-5（圖4-2）模塊來完成，兩套設備均作為從站連入JX-300XP系統(tǒng)。

系統(tǒng)組態(tài)

本節(jié)以濟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，添加相應的機架、電源模塊、CPU模塊、I/O模塊。在10號槽位添加CP342-5模塊，如圖4所示。 

雙擊CP342-5模塊，設置CP342-5的PROFIBUS地址，如圖5所示

采用CP342-5進行PROFIBUS通訊包括兩個步驟：1.CPU將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺P通訊卡的數(shù)據(jù)寄存器當中；2.數(shù)據(jù)從CP342-5的數(shù)據(jù)寄存器當中寫到PROFIBUS從站的Output數(shù)據(jù)區(qū)，必須手動地調(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"四個參數(shù)，用來指示數(shù)據(jù)傳輸?shù)臓顟B(tài)和成功與否。當Error＝False，STATUS＝0，DONE=True，NDR＝True時，說明CPU與CP342-5之間的數(shù)據(jù)交換成功進行。

5.2JX-300XPDCS系統(tǒng)組態(tài)

5.2.1組態(tài)前期準備工作

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

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

選擇PROFIBUS-DP主站接口卡，點擊菜單“總體信息\配置DP組態(tài)”，選擇相應配置DP文件，添加DP文件中的組態(tài)形成樹，然后就可以對里面的各個模塊進行位號配置組態(tài)。DP組態(tài)完成后，點擊“DP組態(tài)下載”菜單項將組態(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，技術可靠，使用效果良好，較好的實現(xiàn)了工藝對控制系統(tǒng)的需求。