FOXBORO DCS系统与西门子总线通讯的实际应用

王勇

摘 要：本文主要阐述了文山氧化铝溶出系统隔膜泵监控信号利用FOXBORO的DCS系统与西门子PLC（S7-300）总线模块通讯的方案，结合通讯产品的优点详细讲述了方案具体实施和配置的过程。

关键词：文山氧化铝；FOXBORO；西门子；ProfiBus

1 概述

文山氧化铝溶出隔膜泵系统根据业主需要在每隔膜泵系统的监控内容包括隔膜泵的给排油信号、压缩空气压力信号、推进液压力及变频器运行状态等进行监控信号都上FOXBORO的DCS监控系统，用户通过其相关参数的变化判断隔膜泵运行是否运行正常，是否需要进行维护。但新增测点原设计未进入DCS，隔膜泵现场配备一个PLC控制箱控制箱上装有一个触摸屏，操作人员只有通过现场单独监控不便DCS的集中控制。

由于不能远程监控，业主无法方便的对现场情况进行了解，在DCS自动控制程序中也无法实现相应的隔膜泵保护，因此经过协商共同提出了在原有西门子总PLC系统中增加ProfiBus-DP通讯模块。FOXBORO DCS系统通过ProfiBus-DP进行通讯的方案，这两种第三方设备的通讯全国尚属首次，因此在接线、配置、通讯、取信号中存在许多的问题，本文将对整个通讯的全过程做详细介绍，为将来可能进行的广泛应用提供参考。

2 PROFIBUS-DP通讯

作为众多现场总线家族的成员之一，ProfiBus是在欧洲工业界得到最广泛应用的一个现场总线标准，也是目前国际上通用的现场总线标准之一。ProfiBus是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准，可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。其开放性可以允许众多的厂商开发各自的符合ProfiBus协议的产品，这些产品可以连接在同一个ProfiBus网络上。本文涉及的两种设备均采用了这种协议。

ProfiBus-DP传送速度可在 9.6kbaud～12Mbaud，最大1000M传送距离，在总线启动时，所有总线上的设备应该设置为相同的速度，传输距离若是超过1000M应增加中继器。DP即Decentralized Periphery分散型外围设备，它具有高速低成本，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。ProfiBus-DP通讯在铝行业中多见于西门子控制器与现场独立设备如变频器、小型控制器之间使用。

3 FOXBORO DCS通讯模块FBM222的特点

FBM222的主要特点是：可集成ProfiBus-DP/PA从站设备到DCS控制系统，符合ProfiBus-DP的规范，最大支持125从站设备满244字节的数据传输，支持冗余模块热插拔，并可以在FBM222和容错控制处理器之间进行完整的冗余通讯。在设备增加，更改和去除时，不会影响正在进行的操作，传输的值和控制块状态，提供一个用户可选择的状态参数输入数据以及回读输出值数据，提供两个电气隔离的PROFIBUS通道。

文山氧化铝全厂DCS系统在有需要进行通讯的工段均配置了FBM222模块，以实现全厂的通讯统一化和标准化。

4 西门子（s7-300）总线模块的特点

西门子PROFIBUS总线模块是一种成熟型产品，具有西门子模块化特点，方便通讯等特点。

此次选用的西门子总线模块型号是CP342-5总线通讯模块，具有适合站点结构，高灵活性，便于项目规划，快速安装，易于掌握，高可靠性，开放并且有前瞻性，与其他系统无缝整和，宽温工作范围-25～55℃等特点。

5 通讯接线方式

文山氧化铝溶出系统共有4台高于隔膜泵，而且都位于高压隔膜泵房，每台隔膜泵有个单独的PLC控制系统，由于隔膜泵是进口设备要求不能在原有设备上做很大的改动，只能在原有的PLC模块上增加ProfiBus通讯模块，才能既不改变原程序而且可以通过通讯程序上传数据。只有这样才能利用其空间占用低，通讯稳定，每个测点接线仅在现场即可完成的特别，通过一根ProfiBus通讯线与DCS进行通讯，节约了大量布线时间并节省增加新DCS模块的成本，形成了一套较为合理的通讯方案。

ProfiBus电缆从DCS机柜溶出系统的模块FBM222接口出发依次串联至现场1#隔膜泵就地控制箱，2#隔膜泵就地控制箱，3#隔膜泵就地控制箱，3#隔膜泵就地控制箱，形成一个完整独立串联网络。接线中应该注意电缆接头的制作以及屏蔽线的连接，避免干扰或接触不良带来的通讯问题。

6 软件配置的详细步骤

以1隔膜泵系统为例，首先在DCS中设置硬件配置，建立DCS FBM222总站模块K0235C，站地址为2到5（FBM222模块为冗余模块，每个模块有两个接口）和4个隔膜泵总线模块的从站GM1-GM4，站地址为11-14.

主站文件的配置，点击config-profibusport打开主站配置程序，选择file-select port1，在对话框中输入新建立的主站模块K02CP3_ECB：K0235C，程序将为自动检测，匹配后配置主站的站点为4。

从站的文件配置，首先將相应的GSD文件（西门子总线模块的信息配置文件PXC_00F0.gsd）拷贝到d：/user/fox/sp/files devices点击config-profibusSlave，进入从站配置程序，选择总线模块相应的GSD文件si0180d6.GSD，从站配置程序即可识别出相应的内容，点击edit-properties-Configuration Data，在此处应按实际数据类型做相应配置，主要根据从站数据大小进行配置。

主从站配置完成后在系统信息中可以查看到新建立的模块信息，模块上线后，可以看到K0235C模块的颜色，白色表示通讯正常，黄色表示有报警，下面连接的从站模块没有全部连接完成。

通过模块K0235C进入到进入到下面的从站信息可以看到，从站设备的状态，GM1显示白色代表通讯正常，GM4显示红色，表示通讯失败（通讯失败用两种可能，一种是通讯没有配置好，一种是通讯做好了但现场通讯模块断电了）。

在从站信息中查看到主站地址（MASTER ADDRESS）有信息，为0X4，即为正常，如果为0XFF，表示未读取到任何信息通讯失败。造成失败的原因通常为接头问题或程序配置错误。

接线和配置都成功后，现场所有设备上指示灯应该为绿色，信号交换灯闪烁，通讯正常后即可进行模拟量的读取。

现场西门子PLC也需要进行配置：首先需要进行通信模型硬件状态及从站地址的设置，如下图：

通信模块地址配置及通信速率配置（通信速率要求与主站一致）

本系统只需要读取隔膜泵程序，所以只读取程序命令（DP_SEND），如果需要写入程序则需要命令（DP_RECV）

7 结束语

目前文山氧化铝溶出系统通讯方案在小改造，简单布线，节约成本的前提下顺利完成，现场隔膜泵的重要参数已经能够远程监视，给业主运行和正常生产提供了重要参考和保障，为其他的类似工段继续采用这个方案奠定了基础。

[参考文献]

[1]上海Foxboro. FBM222通讯手册，2007.

[2]上海Foxboro.I/AS系统及应用第五版，2006.

[3]西门子CP342-5使用手册.