西门子DCS 通讯技术在大型焦炉系统中的应用

王向义*，韩明

（1.唐山首信自动化信息技术有限公司，河北唐山，063000；2.首钢京唐钢铁联合有限责任公司设备部，河北唐山，063000)

西门子DCS 通讯技术在大型焦炉系统中的应用

王向义1*，韩明2

（1.唐山首信自动化信息技术有限公司，河北唐山，063000；2.首钢京唐钢铁联合有限责任公司设备部，河北唐山，063000)

随着工业自动化技术的发展，一个大型规模工厂的各个自动化系统已不再是独立运行的个体，它们之间都会有着各种联系。传统的以硬线信号为传输介质的通讯方法已不再适应大型自动化控制系统，系统之间的通讯趋向于网络化和集成化。本文主要针对西门子DCS通讯技术在焦炉系统中的应用，简要的分析了各个DCS之间通讯工业以太网通讯技术实现系统之间的数据快速、稳定的通讯。

西门子；通讯；DCS；应用

引言

目前，大型焦炉系统已不再是由单一的PLC或DCS系统来控制的自动化系统，而是由分工明确一系列的DCS系统分工艺、分设备，来分别执行特定的程序，并用以控制现场的电气、仪表等设备，其各个系统之间联系紧密，各种信息交互频繁。

1 网络

大型焦炉系统的网络已由原来的单一的、分散型的网络结构，发展成现有的统一的、集中型的网络结构。其网络形式也发展成目前比较可靠的“工业以太网”形式。普遍公认的可靠的网络结构也是大型工厂普遍采用的工业网络形式为“环形网络”结构，其中“单环形网络”结构的优点是整个网络中随意一处设备或是传输介质发生“断点”，不会影响整个网络数据的传输，部分大型焦炉的网络系统还会采用更为安全的“双环形网络”结构，而“双环形网络”的优点是网络中随意三处发生“断点”，不会影响整个网络数据的传输。焦炉系统硬件配置及网络结构示意图如图1。

“工业以太网”的组建离不开网络交换机，其中“工业级网络交换机”以其稳定的性能、多种的报警提示功能，成为了多数企业搭建工业控制级网络的首选。目前，市场上正在作用的工业级以太网络交换机的品牌有研华、西门子、华为、MOXA、赫思曼等，这类的工业级以太网络交换机分有不同的等级和应用范围，其有等级比较高的交换机型号都有“网络管理型”交换机，这类交换机可以管理“工业以太网”的数据传输，监控网络上各个结点设备状态的情况。

2 硬件

2.1 网络硬件

在大型焦炉系统中，网络交换机采用光学交换机（OSM）和SCALANCE X系列高性能交换机两种，其中SCALANCE X系列高性能交换机有网络管理功能，交换机的供电采用双电源供电，保证了工作电源的稳定性，无论是OSM还是SCALANCE X，交换机上都有综合报警干结点，可以接入DCS系统，随时监测交换机的状态。另外通过PCS7软件自带的“监视网络结点（Node结点）”的功能，也能方便的监视整个网络上的交换机状态并能查看交换机的相关参数。

传输介质材料的选用原则是远距离采用多膜光纤、交换机之间的环网连接采用光纤跳线、近距离连接PC机网卡或是CP通讯卡采用RJ45带屏蔽层双绞网线。

2.2 DCS硬件

出于安全和稳定的角度考虑，大型焦炉的重要工段的 DCS系统普遍采用冗余DCS系统的形式。DCS侧的网络硬件主要是CP443以太网卡，对于一套冗余的S7-400H型来说，至少需要配置2块以太网卡进行冗余通讯，部分工段由于其重要性可能会安装4块以太网卡，对网卡侧进行冗余硬件配制。CP443以太网卡的网口采用网络形式到网络交换机的网口端。

3 软件

3.1 软件分析

大型焦炉系统中，软件采用 SIMATIC PCS7 V7.1。以焦化Proven系统和焦炉外围系统的通讯为例，分析软件配置方法。首先，在 Proven系统的“组件视图”中插入焦炉外围系统的硬件配置（机架、CPU、通讯模块）其型号和参数要和实物一致。

在SIMATIC PCS7软件中的“NetPro”这个视图中，保证两个系统的CP通讯卡都在同一个以太网上。其中每个CP443模块有两个地址形式，IP和MAC地址形式选用一种，不可混用。

在焦化 Proven系统的“链接”表中插入新的连接，连接对象选焦炉外围系统的CPU,类型选用“S7 Connection fault-tolerant”,并勾选“Establish an active connection”,添入本地的连接ID号，如510，同时也把焦炉外围系统的CPU的连接ID号也写成510。记录下Proven系统连接侧的“TSAP”号码，这个地址是系统自动生成的，不可由技术人员人为手动修改，但其号码要和焦炉外围系统侧的连接号码一致，否则连接不可用。

Proven系统侧建立好连接后，先保存再编辑，最后下载连接到CPU中，对于建立的冗余连接，下载连接时，只下载单个系统的连接，对方连接不要下载。对于焦炉外围系统的连接，建立方式也是一样的。下载完成后，可以在 NetPro这个视图中对新建连接进行在线状态监视，点击“在线监视”，如果连接前端显示绿色三角图标，则说明网络设置成功。在“Configure Network”通讯链接界面如下图2所示。

图1 系统硬件配置及网络结构图

图2 通讯链接界面

3.2 功能块分析

在焦化Proven系统侧在组件视图中，建立两个DB块，分别作为数据传输的发送块和接收块。在工厂视图中，调用接收和发送CFC块。其中“BSEND Sending”数据发送CFC块，引脚REQ连接CPU的秒脉冲信号0.5Hz，每个上升沿触发一次传送，ID号写510，R_ID号写511，SD_1连接数据发送DB块，为了监控数据发送块是否正常，可以通过引脚ERROR来监控通讯状态，引脚值为“0”代理数据发送正常；其中“BRCV Receiving”数据接收CFC块，ID号写510，R_ID号写510，SD_1连接数据的接收DB块；不管是“BSEND Sending”和“BRCV Receiving”块，其引脚LEN是DB块的地址尾数，代表发送数据长度，DB块为十进制，这里LEN需要写入转换后的十六进制的格式。程序块编程界面如下图3所示。

图3 程序块编程界面

不管是“BSEND Sending”数据发送 CFC块还是“BRCV Receiving”数据接收CFC块，其ID号都要和“NetPro”这个视图中的连接ID号相关，Proven系统侧的发送CFC块的ID号要和焦炉外围系统的接收CFC块ID相关联。

在实际应用中，“R_ID”引脚的数值修改后，需要在PCS7软件中重新下载硬件、连接和程序，否则修改的数据值无效。

4 应用效果

西门子DCS通讯技术在大型焦炉系统的应用，效果主要体现在以下几个方面。

（1）各个系统之间的主要信息的通讯采用硬线，但由于多个系统之间的距离很远，采用SIMATIC通讯技术可以大大节省硬件模块的使用数量，其中 Proven系统、焦炉外围系统、四大机车的地面协调系统、Bleeder系统等、煤气净化鼓风机系统，之间都有大量的工艺数据通讯并且部分数据之间有着重要的工艺、工序连锁关系；

（2）采用通讯技术可有效避免因电缆传输而造成的干扰，同时也节省了因敷设电缆而需要的人力、物力和财力；

（3）各个系统的重要数据可以共享，包括调度、操作员、厂长、指挥数据中心都可以根据需要从专用上位数据画面查看相关的生产数据。

5 结束语

西门子DCS通信技术在大型焦炉系统中的应用，提高了焦化公司自动化设备的综合利用率，提高了系统运行的稳定性及安全性，并在实践中取得了良好的效果。

[1]廖常初,S7-300/400 PLC应用技术(第二版),机械工业出版社,2008.

[2]刘建昌,S7-300400PLC工业网络通讯技术指南,机械工业出版社,2009.

[3]王志伟,王秀娟,朱云朋,等. 协调PLC系统在焦炉生产中的应用[J].电工技术,2014,07： 61-62.

[4]王志伟,王秀娟,朱云朋,等. 西门子 PCS7在焦炉加热交换系统上的应用[A]. 全国冶金自动化信息网、《冶金自动化》杂志社. 全国冶金自动化信息网 2015年会论文集[C]. 全国冶金自动化信息网、《冶金自动化》杂志社,2015,4.

[5]王志伟,王秀娟. 西门子PCS7过程控制系统在7.63m焦炉控制系统中的应用[J]. 首钢科技,2016,04： 47-50.

Application of SIEMENS DCS Communication Technology In Large Coke Oven System

WANG Xiangyi1*,HAN Ming2
（1. Tangshan Capitel Automation Information Technology Co.,Ltd.,Hebei Tangshan,063000,China; 2.Shougang Jingtang Iron & Steel Co.,Ltd.Equipment Department,Hebei Tangshan,063000,China）

With the development of industrial automation technology,a large-scale factory automation system is no longer independent of the individual,they will have a variety of links. The traditional communication method with hard line signal as transmission medium is no longer suitable for large-scale automatic control system. The communication between systems tends to be networked and integrated. This paper mainly focuses on the application of Siemens DCS communication technology in coke oven system,and briefly analyzes the communication between each DCS communication industry ethernet communication technology to realize the fast and stable data between systems.

SIEMENS; Communication; DCS; Application

TK323

A

1672-9129(2017)06-0083-03

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.06.029

王向义,韩明. 西门子DCS通讯技术在大型焦炉系统中的应用[J]. 数码设计,2017,6(6)： 83-85.

Cite：WANG Xiangyi,HAN Ming. Application of SIEMENS DCS Communication Technology In Large Coke Oven System[J]. Peak Data Science,2017,6(6)： 83-85.

2017-02-09；

2017-03-06。

王向义(1982-)，本科，工程师，从事PLC、DCS的编程调试及现场自控设备的维护管理工作。

Email：626499335@qq.com