西門子DCS 通訊技術在大型焦爐系統中的應用

王向義*，韓明

（1.唐山首信自動化信息技術有限公司，河北唐山，063000；2.首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司設備部，河北唐山，063000)

西門子DCS 通訊技術在大型焦爐系統中的應用

王向義1*，韓明2

（1.唐山首信自動化信息技術有限公司，河北唐山，063000；2.首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司設備部，河北唐山，063000)

隨著工業自動化技術的發展，一個大型規模工廠的各個自動化系統已不再是獨立運行的個體，它們之間都會有著各種聯系。傳統的以硬線信號為傳輸介質的通訊方法已不再適應大型自動化控制系統，系統之間的通訊趨向于網絡化和集成化。本文主要針對西門子DCS通訊技術在焦爐系統中的應用，簡要的分析了各個DCS之間通訊工業以太網通訊技術實現系統之間的數據快速、穩定的通訊。

西門子；通訊；DCS；應用

引言

目前，大型焦爐系統已不再是由單一的PLC或DCS系統來控制的自動化系統，而是由分工明確一系列的DCS系統分工藝、分設備，來分別執行特定的程序，并用以控制現場的電氣、儀表等設備，其各個系統之間聯系緊密，各種信息交互頻繁。

1 網絡

大型焦爐系統的網絡已由原來的單一的、分散型的網絡結構，發展成現有的統一的、集中型的網絡結構。其網絡形式也發展成目前比較可靠的“工業以太網”形式。普遍公認的可靠的網絡結構也是大型工廠普遍采用的工業網絡形式為“環形網絡”結構，其中“單環形網絡”結構的優點是整個網絡中隨意一處設備或是傳輸介質發生“斷點”，不會影響整個網絡數據的傳輸，部分大型焦爐的網絡系統還會采用更為安全的“雙環形網絡”結構，而“雙環形網絡”的優點是網絡中隨意三處發生“斷點”，不會影響整個網絡數據的傳輸。焦爐系統硬件配置及網絡結構示意圖如圖1。

“工業以太網”的組建離不開網絡交換機，其中“工業級網絡交換機”以其穩定的性能、多種的報警提示功能，成為了多數企業搭建工業控制級網絡的首選。目前，市場上正在作用的工業級以太網絡交換機的品牌有研華、西門子、華為、MOXA、赫思曼等，這類的工業級以太網絡交換機分有不同的等級和應用范圍，其有等級比較高的交換機型號都有“網絡管理型”交換機，這類交換機可以管理“工業以太網”的數據傳輸，監控網絡上各個結點設備狀態的情況。

2 硬件

2.1 網絡硬件

在大型焦爐系統中，網絡交換機采用光學交換機（OSM）和SCALANCE X系列高性能交換機兩種，其中SCALANCE X系列高性能交換機有網絡管理功能，交換機的供電采用雙電源供電，保證了工作電源的穩定性，無論是OSM還是SCALANCE X，交換機上都有綜合報警干結點，可以接入DCS系統，隨時監測交換機的狀態。另外通過PCS7軟件自帶的“監視網絡結點（Node結點）”的功能，也能方便的監視整個網絡上的交換機狀態并能查看交換機的相關參數。

傳輸介質材料的選用原則是遠距離采用多膜光纖、交換機之間的環網連接采用光纖跳線、近距離連接PC機網卡或是CP通訊卡采用RJ45帶屏蔽層雙絞網線。

2.2 DCS硬件

出于安全和穩定的角度考慮，大型焦爐的重要工段的 DCS系統普遍采用冗余DCS系統的形式。DCS側的網絡硬件主要是CP443以太網卡，對于一套冗余的S7-400H型來說，至少需要配置2塊以太網卡進行冗余通訊，部分工段由于其重要性可能會安裝4塊以太網卡，對網卡側進行冗余硬件配制。CP443以太網卡的網口采用網絡形式到網絡交換機的網口端。

3 軟件

3.1 軟件分析

大型焦爐系統中，軟件采用 SIMATIC PCS7 V7.1。以焦化Proven系統和焦爐外圍系統的通訊為例，分析軟件配置方法。首先，在 Proven系統的“組件視圖”中插入焦爐外圍系統的硬件配置（機架、CPU、通訊模塊）其型號和參數要和實物一致。

在SIMATIC PCS7軟件中的“NetPro”這個視圖中，保證兩個系統的CP通訊卡都在同一個以太網上。其中每個CP443模塊有兩個地址形式，IP和MAC地址形式選用一種，不可混用。

在焦化 Proven系統的“鏈接”表中插入新的連接，連接對象選焦爐外圍系統的CPU,類型選用“S7 Connection fault-tolerant”,并勾選“Establish an active connection”,添入本地的連接ID號，如510，同時也把焦爐外圍系統的CPU的連接ID號也寫成510。記錄下Proven系統連接側的“TSAP”號碼，這個地址是系統自動生成的，不可由技術人員人為手動修改，但其號碼要和焦爐外圍系統側的連接號碼一致，否則連接不可用。

Proven系統側建立好連接后，先保存再編輯，最后下載連接到CPU中，對于建立的冗余連接，下載連接時，只下載單個系統的連接，對方連接不要下載。對于焦爐外圍系統的連接，建立方式也是一樣的。下載完成后，可以在 NetPro這個視圖中對新建連接進行在線狀態監視，點擊“在線監視”，如果連接前端顯示綠色三角圖標，則說明網絡設置成功。在“Configure Network”通訊鏈接界面如下圖2所示。

圖1 系統硬件配置及網絡結構圖

圖2 通訊鏈接界面

3.2 功能塊分析

在焦化Proven系統側在組件視圖中，建立兩個DB塊，分別作為數據傳輸的發送塊和接收塊。在工廠視圖中，調用接收和發送CFC塊。其中“BSEND Sending”數據發送CFC塊，引腳REQ連接CPU的秒脈沖信號0.5Hz，每個上升沿觸發一次傳送，ID號寫510，R_ID號寫511，SD_1連接數據發送DB塊，為了監控數據發送塊是否正常，可以通過引腳ERROR來監控通訊狀態，引腳值為“0”代理數據發送正常；其中“BRCV Receiving”數據接收CFC塊，ID號寫510，R_ID號寫510，SD_1連接數據的接收DB塊；不管是“BSEND Sending”和“BRCV Receiving”塊，其引腳LEN是DB塊的地址尾數，代表發送數據長度，DB塊為十進制，這里LEN需要寫入轉換后的十六進制的格式。程序塊編程界面如下圖3所示。

圖3 程序塊編程界面

不管是“BSEND Sending”數據發送 CFC塊還是“BRCV Receiving”數據接收CFC塊，其ID號都要和“NetPro”這個視圖中的連接ID號相關，Proven系統側的發送CFC塊的ID號要和焦爐外圍系統的接收CFC塊ID相關聯。

在實際應用中，“R_ID”引腳的數值修改后，需要在PCS7軟件中重新下載硬件、連接和程序，否則修改的數據值無效。

4 應用效果

西門子DCS通訊技術在大型焦爐系統的應用，效果主要體現在以下幾個方面。

（1）各個系統之間的主要信息的通訊采用硬線，但由于多個系統之間的距離很遠，采用SIMATIC通訊技術可以大大節省硬件模塊的使用數量，其中 Proven系統、焦爐外圍系統、四大機車的地面協調系統、Bleeder系統等、煤氣凈化鼓風機系統，之間都有大量的工藝數據通訊并且部分數據之間有著重要的工藝、工序連鎖關系；

（2）采用通訊技術可有效避免因電纜傳輸而造成的干擾，同時也節省了因敷設電纜而需要的人力、物力和財力；

（3）各個系統的重要數據可以共享，包括調度、操作員、廠長、指揮數據中心都可以根據需要從專用上位數據畫面查看相關的生產數據。

5 結束語

西門子DCS通信技術在大型焦爐系統中的應用，提高了焦化公司自動化設備的綜合利用率，提高了系統運行的穩定性及安全性，并在實踐中取得了良好的效果。

[1]廖常初,S7-300/400 PLC應用技術(第二版),機械工業出版社,2008.

[2]劉建昌,S7-300400PLC工業網絡通訊技術指南,機械工業出版社,2009.

[3]王志偉,王秀娟,朱云朋,等. 協調PLC系統在焦爐生產中的應用[J].電工技術,2014,07： 61-62.

[4]王志偉,王秀娟,朱云朋,等. 西門子 PCS7在焦爐加熱交換系統上的應用[A]. 全國冶金自動化信息網、《冶金自動化》雜志社. 全國冶金自動化信息網 2015年會論文集[C]. 全國冶金自動化信息網、《冶金自動化》雜志社,2015,4.

[5]王志偉,王秀娟. 西門子PCS7過程控制系統在7.63m焦爐控制系統中的應用[J]. 首鋼科技,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

王向義,韓明. 西門子DCS通訊技術在大型焦爐系統中的應用[J]. 數碼設計,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。

王向義(1982-)，本科，工程師，從事PLC、DCS的編程調試及現場自控設備的維護管理工作。

Email：626499335@qq.com