DP耦合器實現(xiàn)PLC與DCS主站間通信的實踐

袁偉杰

（江西瑞林電氣自動化有限公司，江西南昌330038）

隨著自動化技術的不斷進步，集散控制系統(tǒng)DCS和可編程邏輯控制器PLC在自動化領域的應用更加廣泛、復雜。由于前期規(guī)劃和一些專業(yè)設備的要求，目前在很多場合普遍存在DCS與其他控制系統(tǒng)或工控設備混合使用的情況。為了實現(xiàn)中央監(jiān)控室能夠監(jiān)視其他工控設備控制的系統(tǒng)運行情況，以便現(xiàn)場設備出現(xiàn)報警和故障時能夠及時發(fā)現(xiàn)處理，避免造成大的損失，需要實現(xiàn)DCS與PLC之間的數(shù)據(jù)通信。本文結合某冶煉廠二氧化硫風機S7-1500 PLC和硫酸的橫河CENTUM VP型DCS之間的通信，探討通過DP/DP Coupler實現(xiàn)PLC主站與DCS主站之間通信的技術難點。

1 Profibus-DP通信原理分析

Profibus是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術?？蓪崿F(xiàn)現(xiàn)場設備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設備智能化提供可行的解決方案[1]。Profibus可提供Profibus-FMS、Profibus-DP以及Profibus-DA 3種協(xié)議類型，其中PROFIBUS-DP能精簡7層通信標準模型中第一層和第二層的結構，一定程度上提高了網(wǎng)絡的傳輸效率，主要應用于現(xiàn)場、分布式I/O設備以及PLC間的通信過程。

Profibus-DP協(xié)議明確規(guī)定了用戶數(shù)據(jù)怎樣在總線各站之間傳遞，用戶數(shù)據(jù)的含義在Profibus行規(guī)中有具體說明，同時Profibus行規(guī)還對Profibus-DP在不同領域的應用進行了詳細、精確的規(guī)定。在此行規(guī)下，不同廠商所生產的不同設備可實現(xiàn)互換使用。

Profibus的傳輸速率為9.6 kbps～12 Mbps。最大傳輸距離在傳輸速率為9.6～187.5 kbps時為1 000 m；傳輸速率為500 kbps時，為400 m；傳輸速率為1 500 kbps時為200 m；傳輸速率為3 000～12 000 kbps時為100 m；且如果便用中繼器，傳輸距離可延長至10 km。其傳輸介質可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接127個站點。

Profibus支持主—從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主站具有對總線的控制權，可主動發(fā)送信息。對多主站系統(tǒng)來說，采用主令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點可在一個事先規(guī)定的時間內擁有總線控制權，供事先規(guī)定好的令牌在各主站中循環(huán)最長的1周時間。按Profibus的通信規(guī)范，令牌在主站之間按地址編號順序，沿上行方向進行傳遞。主站在得到控制權時，可以按主—從方式，向從站發(fā)送或索取信息，實現(xiàn)點對點通信。主站可對所有站點廣播（不要求應答），或有選擇地向一組站點廣播。

圖1 DP網(wǎng)絡拓撲

2 項目系統(tǒng)配置

本系統(tǒng)DP網(wǎng)絡拓撲如圖1所示。系統(tǒng)中DP主站A采用橫河CENTUM VP型DCS集散控制系統(tǒng)，對整個煙氣制酸系統(tǒng)進行集中監(jiān)控；DCS側配置橫河專用的DP通信卡ALP121。DP主站B采用的是西門子S7-1500系列PLC，實現(xiàn)對二氧化硫風機的操作和監(jiān)視；PLC側配置西門子專用的DP通信卡CM 1542-5。通過DP/DP Coupler實現(xiàn)橫河DCS與西門子PLC主站之間的通信。

2.1 DP/DP Coupler模塊概述

DP/DP Coupler用于連接2個Profibus-DP主站網(wǎng)絡，以便在這2個主站網(wǎng)絡之間進行數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)通信區(qū)最高可以達244字節(jié)輸入和244字節(jié)的輸出。各撥碼開關含義見表1。

表1 各撥碼開關含義

本項目DP/DP Coupler撥碼為：DP1、DP2的PS撥為ON，DP1、DP2的DIA撥為OFF，DP1、DP2的撥為ADDR OFF，DP1的地址撥成11，DP2的地址撥成11。

2.2 組態(tài)及通信編程

2.2.1 DCS側編程及其組態(tài)

打開SYCON軟件，導入DP/DP Coupler的GSD文件，在圖形編輯器中添加DP/DP Coupler節(jié)點。本系統(tǒng)節(jié)點數(shù)為11，配置DP網(wǎng)的通信速率為187.5 kBits等，配置分別見圖2和圖3。

圖2 DP網(wǎng)絡配置

圖3 DP網(wǎng)絡參數(shù)

依據(jù)需要通信數(shù)據(jù)量的大小，在從站地址區(qū)中選擇相應的通信格式進行配置。本項目設計規(guī)劃為2組32個輸入字節(jié)的通信量，即在通信IO地址表配置2個64個字節(jié)的通信數(shù)據(jù)，配置見圖4。

圖4 DP從站數(shù)據(jù)交換區(qū)

通信地址表見圖5和圖6，配置步驟如下：1）Buffer欄設置64，占用了%ww0001～%ww0064通信地址塊；2）Program Name欄選擇ALR121模塊對應的地址位代碼；3）Size欄設置32，32為第1個通信地址塊，大小為32個字節(jié)；4）Port欄設置為1，使用模塊端口1通信；5）Station設置為11，11為DP從站地址；6）Device&Address設置為1-1，前面1為第1個地址包，后面的1表示偏移地址區(qū)，1為從第1地址塊開始；7）Data Type設置問為16為有符號整形；8）在%ww0033行Size欄設置32，32為第2個通信地址塊，大小為32個字；9）在%ww0033行Port欄設置1，使用模塊端口1通信；10）在%ww0033行Station設置11，11為DP從站地址；11）在%ww0033行Device&Address設置2-1，2為第2個地址包，后面的1表示偏移地址區(qū)，1為從第1地址塊開始；12）Data Type設置為16位無符號整形。

圖5 通信地址配置1

圖6 通信地址配置2

2.2.2 PLC側編程及其組態(tài)

在TIA portal軟件硬件配置中添加DP/DP Coupler從站；在網(wǎng)絡組態(tài)里將CM 1542-5和DP/DP Coupler組態(tài)好進行連接，并設置好DP地址和傳輸率。在智能從站配置中完成相應的數(shù)據(jù)區(qū)配置，PLC通信連接及地址分配分別見圖7和圖8。

圖7 PLC通信連接

圖8 PLC通信地址分配

3 結語

綜上所述，在本項目中通過DP/DP Coupler實現(xiàn)了DCS主站和PLC主站之間的通信。相比主從通信方式，該方式更能提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，相比硬接線方式節(jié)約了電纜和控制系統(tǒng)的成本，減輕了安裝施工的工作量，提高了工程實施進度，并且能監(jiān)控更多的設備運行參數(shù)，具有很好的推廣性。