基于PROFIBUS—DP协议的PLC与DCS通讯系统设计

张帅+沙婷+南宏伟

摘 要：现代化工业的迅速发展，不断促进着自动化控制技术及通信技术的发展。当前，PLC、DCS、智能仪表等已广泛应用到现场生产控制系统中.实际应用中，往往需要不同厂家控制系统的数据共享，需要将两种不同系统进行互联。该文介绍了如何基于PROFIBUS-DP协议实现西门子S7-300系列PLC与浙江中控JX-300XP型DCS集散控制系统之间的通讯。

关键词：PLC DCS PROFIBUS-DP 通讯

中图分类号：TH89 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）09（a）-0016-02

工业控制已从单机控制走向集中控制、分散控制，并走向网络时代。工业控制网络为数据采集、工业控制提供了方便，节省了成本，提高了性能。在实际化工厂工业控制网络中，由于控制方式及建设进度等问题，可能会存在多种控制系统。某化工厂原有一套西门子S7-300系列PLC系统用于一套附属机械设备的逻辑控制，后在实际使用中，需用生产线使用的浙江中控JX-300XP型DCS控制系统对其进行实时监控及控制，为减少成本，需建立DCS与PLC之间的通讯系统。西门子S7-300系列PLC系统支持PROFIBUS-DP协议，故决定选用PROFIBUS-DP协议通讯的数字通讯方式，实现两系统的互联。目前改造后的系统运行效果良好。

1 通讯系统结构设计

浙江中控JX-300XP型DCS控制系统有专门用于与PROFIBUS-DP协议设备通讯用的主站接口卡XP239-DP，它作为SUPCON DCS与PROFIBUS-DP的接口，在PROFIBUS-DP中以主站形式存在。它通过PROFIBUS系统配置工具SYSCON直接与西门子S7-300系列PLC从站接口模块IM153-1互联进行通讯。此种方案可使SUPCON DCS系统直接对西门子S7-300系列PLC的从站接口及IO模块进行控制，而不必通过西门子PLC的CPU模块进行通讯转接，降低了系统扫描时间，提高了系统稳定性。工程师只需对SUPCON DCS系统进行编程即可，无需再进行西门子的STEP编程，大大降低了编程工作量。

2 通讯系统网络组成

2.1 PROFIBUS协议简介

PROFIBUS是过程现场总线（Process Field Bus）的缩写，其传送速度可在9.6kbaud～12Mbaud范围内选择且当总线系统启动时，所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度，广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领域自动化。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术，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。它以独特的技术特点、严格的认证规范、开放的标准、众多厂商的支持和不断发展的应用行规，已成为最重要的和应用最广泛的现场总线标准，在多种自动化领域中占据主导地位，全世界的设备节点数已经超过2 000万。

PROFIBUS现场总线通讯协议包括3个主要部分：（1）PROFIBUS DP：主站和从站之间采用轮循的通讯方式，主要应用于自动化系统中单元级和现场级通信；（2）PROFIBUS PA：电源和通信数据通过总线并行传输，主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场级通讯；（3）PROFIBUS FMS：定义了主站和主站之间的通讯模型，主要用于自动化系统中系统级和车间级的过程数据交换。其中，PROFIBUS-DP是高速网络，通讯速率达到12 M。PROFIBUS-DP可以连接远程I/O、执行机构、智能马达控制器、人机界面HMI、阀门定位器、变频器等智能设备，1条PROFIBUS-DP总线可以最多连接123个从站设备。PROFIBUS-DP的拓扑结构可以是总线型、星型和树型，通讯介质可以是屏蔽双绞线、光纤，支持红外传输。

2.2 SYSCON软件简介

SyCon是通用的PROFIBUS系统配置工具，具有统一的用户界面，适用于所有PROFIBUS系统。作为一个基本的配置工具，它使用了所谓的设备描述文件或电子数据文档（EDS文件），这些文件中定义了总线设备的相关特性参数。这些文件标准化了一些现场总线系统，是由设备制造商提供的，SyCon提供该功能的导入。总线结构是由图形编辑器决定的，包含了各个现场总线设备。双击节点图形，可以打开相应的配置窗口。在显示的表格中，可以创建当前节点配置的所有可能模块或数据。过程映像中的数据地址可以通过配置工具进行手动或自动生成。节点的参数化是通过各自现场总线系统的选择或输入值实现的。最后一步是总线参数的定义，它局限于传输速率的定义，而所有其他参数都是各自依据设备描述文件的基本数据。

SyCon提供了全面的诊断功能。在诊断模式下，设备的所有状态都被循环地唤醒，并以红色或绿色显示，其依赖于数据交换在那时是否正在进行。通过双击“红色”的总线节点，错误的原因代码就会显示。更多的功能包括错误的读出、错误统计的显示和过程数据的输入和输出。

3 通讯系统配置编程

3.1 sycon软件配置

在进行sycon软件配置前，需去西门子官网下载所需IM153-1从站通讯模块的GSD文件，并导入至sycon软件中。

利用软件的“Insert->Master”和“Insert->Slave”命令添加主站和从站，并设置好主从站地址。之后，需对主从站及总线参数进行设置，重点在于从站IO模块的添加，添加IO模块时需保证订货号与实际模块保持一致。需注意的是西门子的IO模块一般可接多种信号，如模拟量输入模块，既可接4～20 mA电流信号，又可接0～10 V电压信号，故进行配置时需对每一个IO模块的“Parameter Data->Module”进行配置，选择好每一个模块通道的信号类型和模块地址。

3.2 DCS软件组态

3.2.1 主站接口卡组态

在SCKey组态软件中，添加XP239-DP主站，配置DP组态，添加Sycon软件配置完毕的pb文件，并根据需要对其进行变量类型及位号的组态。对于模拟量输入模块，其数据类型均为有符号整数，下限为-32768，上限为32767。对于模拟量输出模块，上下限即为实际仪表量程，编码低字节为0，编码高字节为27648。所有变量均选择参与控制，这样后期再对备用点进行使用时就无需重新下载DP组态，不会对生产造成影响。组态完成后，可通过“查看控制位号”来查看变量地址，字节偏移/4即为变量地址。

3.2.2 受控主控卡组态

在DP主站接口卡的受控主控卡内建立与DP主站接口卡相对应的半浮点型变量，主控卡与DP接口卡的通讯编程类似于DCS站间通讯的编程，区别在于需将原DP接口卡中的整形变量转换为半浮点型变量。对于模拟量输入模块，主控卡通讯编程中GETMSG模块的STATION地址即为XP239-DP主站接口卡地址，SERIAL地址为通讯变量在XP239-DP接口卡中的地址。对于模拟量输出模块，SETSFLOAT模块的输入即为变量地址。

3.2.3 下载调试

将DP组态和主控卡组态分别进行下载，即可有SUPCON DCS操作员对PLC系统进行实时监控和控制，而不必再对机械设备进行DCS改造，达到了改造目的。

4 结语

现代化工对自动化控制水平的要求不断提高，所采用的控制系统和设备也越来越多，由于制造商的不同，他们各自采用自己的通讯协议，形成了基于PLC、DCS、FCS并存的各种工业控制网络。这就需要利用计算机技术和网络技术将各辅助系统的过程数据进行统一监控控制，减少监控点，从而达到化工生产“分散控制，集中管理”的特点。在该通讯系统中，SUPCON DCS的控制卡件直接连接到了西门子S7-300系列PLC的从站通讯和IO模块，可使DCS操作员直接对生产辅助设备进行监控和控制，降低了成本，极大地方便了自动化工业现场的控制和操作。自该通信系统运行以来，整个系统通讯正常，有效保证了整个化工控制系统的正常运行。

参考文献

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[2] 王英，宋仁义.浅谈DCS与PLC在控制系统应用中的区别与联系[J].矿业工程，2010（3）：42-43.