橫河DCS與西門子PLC的數據通訊設計與實現

殷倩倩

（山信軟件萊蕪分公司，山東萊蕪，271104）

0 引言

萊鋼焦化廠現在使用的工業控制系統主要包括橫河DCS、西門子系列品牌，不管是硬件還是軟件界面DCS和PLC都不同各有各自的技術特點和標準差異，不同型號的DCS與PLC之間通訊比較困難。 而且由于現場設備不斷更替、改建、技術改造，所以就需要實現各系統之間的數據通訊和傳輸。

焦油深加工項目中央控制系統采用橫河CS3000 DCS控制系統，系統內部采用專用冗余ESB通訊網絡，通訊介質為專用ESB電纜；DCS之間采用橫河專用冗余Vnet通訊網絡，通訊介質為雙絞線； 系統與上位機之間通訊采用橫河專用冗余（Vnet+Vnet/IP）通訊網絡，通訊介質為雙絞線，其中上位機需要專用冗余通訊VI702。

管式爐等子系統采用西門子S7-300 PLC控制系統， PLC與上位機之間采用的通訊方式為工業以太網，通訊介質為雙絞線。

1 通訊的分析與設計

隨著焦化廠人員逐年減少，各車間崗位整合，不同系統集中監控，不同系統間連鎖控制逐年增多，實現各系統間通訊變得尤為重要目前焦化廠共有橫河DCS系統30余套西門子PLC60余套，由于各工控系統通訊協議和通訊方式各不相同，要實現各系統通訊和數據共享會變的更加復雜。焦化廠要實現系統間通訊資源共享存在以下難點。

（1）各系統都制定了自己的通訊協議和技術標準，為實現各系統間資源共享制造了障礙。（2）每個系統支持的通訊接口與協議各有不通。（3）PLC和DCS系統安放位置過于分散，搭建通訊網絡困難太大費用太高。（4）各系統對數據要求各不相同，建立數據庫結構過于復雜。（5）通訊信號的門電壓為 12V，線路過長，通訊網絡太復雜，干擾太嚴重。（6）構建通訊線路的施工難度較大。

從現有工控領域現狀來看，各廠自動化系統都面臨著不同自動控制系統之間整合的難題，不同的控制系統甚至相同系統不同型號間都存在兼容的問題。為解決這些問題，先后推出了控制局域網絡（ CAN）、 PROFIBUS、WorldFIP現場總線、P- NET、 LON 總線、基金會現場總線（ FF）、 HART 等多種通訊協議， 但仍存在一些問題，如： 系統不開放各系統間產品缺乏互換性互操作性。

為實現萊鋼焦化廠橫河DCS與西門子PLC間數據通訊提出以下三種方案。

（1）基于PROFIBUS-DP方式實現通訊

PROFIBUS現場總線是一種國際化，開放式，不依賴于生產商的現場總線標準。 傳輸可使用RS-485傳輸技術或光纖媒體。

橫河CS3000控制系統中的通訊模塊ALP111采用的是PROFIBUS-DP協議，西門子S7系列PLC同樣支持PROFIBUSDP通訊協議，兩套系統間就可以實現通訊構建。

在 PROFIBUS- DP通訊中ALP111需要作為主站的通訊模塊，但是CS3000不支持通訊中 GSD文件的識別， 因此通訊的組態需要第三方的組態軟件實現，而 Hilscher公司編寫的軟件 System configutator可以實現這個功能。

[23]Judea Pearl, “Theoretical Impediments to Machine Learning with Seven Sparks from the Causal Revolution”, Jan.11, 2018, https://arxiv.org/abs/1801.04016.

（2）基于Modbus方式實現通訊

Modbus通訊協議支持傳統RS-232、RS-422和RS-485等設備，它采用查詢通訊方式進行主從設備的信息傳輸。

橫河CS3000控制系統中的通訊模塊ALR121支持Modbus通訊協議。 而西門子S7系列PLC（CP341）同樣支持Modbus通訊協議，這就為這兩套系統間的Modbus通訊提供了可能。

（3）基于以太網實現通訊

橫河控制系統 CS3000系統間通訊采用 Vnet通訊網絡，與西門子 PLC的以太網通訊網絡不能兼容，但是 CS3000有專用的以太網通訊模塊 ALE111， 支持 TCP/ IP通訊方式，而西門子 s7系列 PLC同樣支持 TCP/ IP通訊方式，這就為這兩套系統間的以太網通訊提供了可能。

綜合考慮成本和方便可操作性最終采用第一種PROFIBUS-DP通訊模式。

2 制功能方案的實施

硬件方面：利用ALP111模塊（橫河Profibus-DP 模塊），與CP342-5（西門子Profibus-DP 模塊）通過DP連接。

軟件方面：橫河DCS系統采用CS3000+LFS2540編程軟件完成通訊組態，西門子PLC采用step7編程軟件完成通訊編程，最后由第三方軟件System Configurator（Hilscher公司編程軟件）進行整合。

（1）配置硬件

圖1 硬件配置

（2）軟件配置

此通訊設計是由CS3000 R3.08（橫河DCS組態軟件）、LFS2540（DCS PROFIBUS通訊軟件包）、step7 5.5（西門子PLC編程軟件）、System Configurator（Hilscher公司的編程軟件）、Windows XP（操作系統）五大系統相互聯系配合實現的。

（3）網絡組態

在橫河DCS和西門子PLC中設置好整個Profibus-DP網絡的配置，包括網絡波特率、主從站地址以及主從關系表等參數。在第三方軟件數據通訊軟件上，進行組態。在工作人員的配合設置下，形成整個Profibus-DP網絡的配置，包括網絡波特率、主從站地址以及主從關系表等參數。在第三方軟件數據通訊軟件上，進行組態。實時組態有以下操作：

①首先通訊軟件上定義參數（System Configurator）

打開編程軟件從slave Configuration配置重要參數，將模塊類型、數據類型、主站地、從站地址、波特率、等信息如實按照現場通訊設置，如下圖2配置。

圖2 slave Configuration配置

②從System Configurator的菜單欄選項中選擇Export導出相應的DBM文件。

③將從System Configurator中導出的DBM文件導入到橫河DCS組態軟件CS3000。

④最后在ALP111編程，將變量進行添加，設置數據類型，大小整理，定義好每個變量的通訊地址。

圖3 定義通訊地址

3 結束語

通過 Profibus- DP總線最終實現了橫河 DCS與西門子 PLC之間的通信， 并且經過一斷時間的檢測，可以穩定運行，并且具有一定的數據處理能力，對系統間聯鎖和對子系統運行狀態的監控，為現場操作人員提供了更便利的方式，保證了生產的順利進行。