基于DPDP coupler的西门子PLC300与艾默生DeltaV系统的通信研究

张倍

北方铜业股份有限公司垣曲冶炼厂 山西 运城 043700

1 概述

1.1 背景简介

垣曲冶炼厂是一家以冶炼铜矿为主的多金属综合工厂，2012年起进行技改重建，2014年投产，其DCS系统选用了世界一流的美国艾默生公司的DeltaV系统。制酸工艺部分，硫酸风机选用了KKK风机。KKK风机使用西门子PLC300系统，自成体系，并没有与全厂DCS系统联网。如何将PLC的局部系统，并入全厂DCS大系统，成为自投产以来的难题。

1.2 硫酸风机极其PLC系统

KKK风机采用了西门子S7 300系统，其中CPU选用的是315-2DP，并配备了DPDP coupler用于与外系统通信。KKK风机的PLC柜就在风机房，配以一块西门子触摸屏，操作和观察数据时都需要进入风机房里。

1.3 艾默生DeltaV DCS系统介绍

DeltaV控制系统是目前性能最优越的DCS控制系统之一，在国内外有着广泛的应用。冶炼厂选用DeltaV系统作为全厂级的控制系统，除了管理全厂的仪表电气设备外，还通过配备的DP卡件和MODBUS卡件与现场的第三方设备通过DP总线或MODBUS总线进行通信连接，从而实现全面的控制管理。

1.4 PLC与DCS通信的意义和难点

现代化的自动化工厂都实现了中控化的集中管理控制，而现场的第三方设备往往自带有小型的控制系统，如小型的PLC。而将这些分散的小型系统与DCS通过通信相连，是常常需要解决的重点和难点。由于各系统常常是不同的厂家，比如垣曲冶炼厂DCS是美国艾默生系统，PLC是德国西门子系统。而他们各自都推出自己的总线方式，造成了彼此通信上的支持往往比较落后。DeltaV系统现在已经能够支持DP总线，但是应用案例少，再加上PLC种类繁多，使得实际操作时总会带来种种困难。

由于硫酸风机是厂里的重点设备，其巡检与监护非常重要，而现有的方式工人必须经常去风机房查看触摸屏，如果一旦有参数异常，而因为巡检工不在则有可能带来危险隐患。因此两个系统的通信非常重要[1]。

2 DP/DP coupler原理及使用方法

DP/DP耦合器用于连接两个Profibus-DP主站网络，以便在这两个主站之间进行通信，数据通信区最高可以达244字节输入和244字节的输出。最多可以建立16个I/O数据交换区。

DP/DP coupler可以连接连个不同的Profibus网络进行通信，2个网络的通信速率，站地址可以不同。并且两个网络实现电气隔离，相互独立，一个网络出问题不会影响另一个网络运行。它的这些特性用在KKK风机上，既保护了风机运行的独立性，又满足了通信的需求。

DP/DP coupler两个通信网络的数据区必须对应，否则会造成通信故障，比如PLC的输入区对应DCS的输出区，PLC的输出区对应DCS的输入区。

采用双路冗余供电，可通过DIL开关，Step7或其他编程工具设定profibus站地址。

3 S7 300通信编程组态

以KKK风机和DCS通信为例，KKK风机为网络1，CPU为315-2DP。

其组态设计如下：

网络1：CPU315-2DP主站，DP/DP coupler的DP1地址为11，网络波特率为1.5Mbit/s；

与网络2的数据通信接口区：

64字节的输出（连续），64字节的输出（连续）。

4 DeltaV系统通信编程组态

4.1 DCS侧组态设计

网络2：DeltaV系统主站，DP/DP coupler的DP1地址为12，网络波特率为1.5Mbit/s

与网络1的数据通信接口区：

64字节的输入（连续），64字节的输入（连续）。

4.2 硬件组态

（1）在Exploring DeltaV中，首先导入DP/DP coupler所用的GSD文件，可以由西门子官网下载。依次打开Library→Device Definitions→profibus DP Devices右键→Add Device Definition，选中所用GSD文件导入即可。

（2）选中所用DP卡件符号C64，右键P01属性，钩选Enabled，选择波特率并设定主站地址为1。

（3）在P01下新建通信站点，命名为3KFJ。右键属性，钩选Enabled并选择子站地址为12。

（4）在3KFJ下新建2个Slot，选择64Bytes input consistent。

（5）在每个Slot下按地址表依次录入数据点，选择16bit unsigned integer，并对每个数据做地址偏移。

（6）通过诊断检查通信是否正常。

4.3 模拟量组态

通信过来的数据是一个一个字的整数，需要通过换算并选择单位。在DCS组态里新建一个模拟量AI模块，选中对应模拟量单位和精度换算。

4.4 开关量组态

（1）开关量不同于模拟量，是由16个开关量位信号组成一个字信号通信过来，所以需要先将通信过来的字信号进行拆解。

（2）在组态画面里选用BFO（布尔泛输出功能块）功能块，将通信过来的字信号，打散为16个位信号。

（3）根据地址表对16个位信号进行相应的数字量组态。

5 常见错误总结

在通信的过程中，有一些容易出现错误的重点难点需要注意，总结如下：

（1）耦合器实现的是两个主站之间的通信，耦合器的1网和2网分别对应两个主站的从站。

（2）耦合器的1网和2网的地址由拨码开关设置，在相应的主站要对应好相应的地址，两个网络互不干扰。

（3）耦合器数据区域应当相互对应，比如PLC网络选择64字节输出（保持），对应DCS测选择64字节输入（保持）。

6 结束语

随着时代的进步，越来越多的工厂实现自动化生产。而不同自控系统如何互联，成为业界经常要解决的问题。本文通过介绍冶炼厂KKK风机PLC系统和全厂DCS系统的通信，介绍了一种PLC DP coupler的通信方法，经过实践，完成了两个系统的通信，满足了工艺要求，实现了中控室统一管理操作的目标。本文以此为其他deltav系统的通信提供借鉴。