基于DPDP coupler的西門(mén)子PLC300與艾默生DeltaV系統(tǒng)的通信研究

張倍

北方銅業(yè)股份有限公司垣曲冶煉廠 山西 運(yùn)城 043700

1 概述

1.1 背景簡(jiǎn)介

垣曲冶煉廠是一家以冶煉銅礦為主的多金屬綜合工廠，2012年起進(jìn)行技改重建，2014年投產(chǎn)，其DCS系統(tǒng)選用了世界一流的美國(guó)艾默生公司的DeltaV系統(tǒng)。制酸工藝部分，硫酸風(fēng)機(jī)選用了KKK風(fēng)機(jī)。KKK風(fēng)機(jī)使用西門(mén)子PLC300系統(tǒng)，自成體系，并沒(méi)有與全廠DCS系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。如何將PLC的局部系統(tǒng)，并入全廠DCS大系統(tǒng)，成為自投產(chǎn)以來(lái)的難題。

1.2 硫酸風(fēng)機(jī)極其PLC系統(tǒng)

KKK風(fēng)機(jī)采用了西門(mén)子S7 300系統(tǒng)，其中CPU選用的是315-2DP，并配備了DPDP coupler用于與外系統(tǒng)通信。KKK風(fēng)機(jī)的PLC柜就在風(fēng)機(jī)房，配以一塊西門(mén)子觸摸屏，操作和觀察數(shù)據(jù)時(shí)都需要進(jìn)入風(fēng)機(jī)房里。

1.3 艾默生DeltaV DCS系統(tǒng)介紹

DeltaV控制系統(tǒng)是目前性能最優(yōu)越的DCS控制系統(tǒng)之一，在國(guó)內(nèi)外有著廣泛的應(yīng)用。冶煉廠選用DeltaV系統(tǒng)作為全廠級(jí)的控制系統(tǒng)，除了管理全廠的儀表電氣設(shè)備外，還通過(guò)配備的DP卡件和MODBUS卡件與現(xiàn)場(chǎng)的第三方設(shè)備通過(guò)DP總線或MODBUS總線進(jìn)行通信連接，從而實(shí)現(xiàn)全面的控制管理。

1.4 PLC與DCS通信的意義和難點(diǎn)

現(xiàn)代化的自動(dòng)化工廠都實(shí)現(xiàn)了中控化的集中管理控制，而現(xiàn)場(chǎng)的第三方設(shè)備往往自帶有小型的控制系統(tǒng)，如小型的PLC。而將這些分散的小型系統(tǒng)與DCS通過(guò)通信相連，是常常需要解決的重點(diǎn)和難點(diǎn)。由于各系統(tǒng)常常是不同的廠家，比如垣曲冶煉廠DCS是美國(guó)艾默生系統(tǒng)，PLC是德國(guó)西門(mén)子系統(tǒng)。而他們各自都推出自己的總線方式，造成了彼此通信上的支持往往比較落后。DeltaV系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)能夠支持DP總線，但是應(yīng)用案例少，再加上PLC種類(lèi)繁多，使得實(shí)際操作時(shí)總會(huì)帶來(lái)種種困難。

由于硫酸風(fēng)機(jī)是廠里的重點(diǎn)設(shè)備，其巡檢與監(jiān)護(hù)非常重要，而現(xiàn)有的方式工人必須經(jīng)常去風(fēng)機(jī)房查看觸摸屏，如果一旦有參數(shù)異常，而因?yàn)檠矙z工不在則有可能帶來(lái)危險(xiǎn)隱患。因此兩個(gè)系統(tǒng)的通信非常重要[1]。

2 DP/DP coupler原理及使用方法

DP/DP耦合器用于連接兩個(gè)Profibus-DP主站網(wǎng)絡(luò)，以便在這兩個(gè)主站之間進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)通信區(qū)最高可以達(dá)244字節(jié)輸入和244字節(jié)的輸出。最多可以建立16個(gè)I/O數(shù)據(jù)交換區(qū)。

DP/DP coupler可以連接連個(gè)不同的Profibus網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，2個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信速率，站地址可以不同。并且兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)電氣隔離，相互獨(dú)立，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)出問(wèn)題不會(huì)影響另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。它的這些特性用在KKK風(fēng)機(jī)上，既保護(hù)了風(fēng)機(jī)運(yùn)行的獨(dú)立性，又滿(mǎn)足了通信的需求。

DP/DP coupler兩個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)區(qū)必須對(duì)應(yīng)，否則會(huì)造成通信故障，比如PLC的輸入?yún)^(qū)對(duì)應(yīng)DCS的輸出區(qū)，PLC的輸出區(qū)對(duì)應(yīng)DCS的輸入?yún)^(qū)。

采用雙路冗余供電，可通過(guò)DIL開(kāi)關(guān)，Step7或其他編程工具設(shè)定profibus站地址。

3 S7 300通信編程組態(tài)

以KKK風(fēng)機(jī)和DCS通信為例，KKK風(fēng)機(jī)為網(wǎng)絡(luò)1，CPU為315-2DP。

其組態(tài)設(shè)計(jì)如下：

網(wǎng)絡(luò)1：CPU315-2DP主站，DP/DP coupler的DP1地址為11，網(wǎng)絡(luò)波特率為1.5Mbit/s；

與網(wǎng)絡(luò)2的數(shù)據(jù)通信接口區(qū)：

64字節(jié)的輸出（連續(xù)），64字節(jié)的輸出（連續(xù)）。

4 DeltaV系統(tǒng)通信編程組態(tài)

4.1 DCS側(cè)組態(tài)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)2：DeltaV系統(tǒng)主站，DP/DP coupler的DP1地址為12，網(wǎng)絡(luò)波特率為1.5Mbit/s

與網(wǎng)絡(luò)1的數(shù)據(jù)通信接口區(qū)：

64字節(jié)的輸入（連續(xù)），64字節(jié)的輸入（連續(xù)）。

4.2 硬件組態(tài)

（1）在Exploring DeltaV中，首先導(dǎo)入DP/DP coupler所用的GSD文件，可以由西門(mén)子官網(wǎng)下載。依次打開(kāi)Library→Device Definitions→profibus DP Devices右鍵→Add Device Definition，選中所用GSD文件導(dǎo)入即可。

（2）選中所用DP卡件符號(hào)C64，右鍵P01屬性，鉤選Enabled，選擇波特率并設(shè)定主站地址為1。

（3）在P01下新建通信站點(diǎn)，命名為3KFJ。右鍵屬性，鉤選Enabled并選擇子站地址為12。

（4）在3KFJ下新建2個(gè)Slot，選擇64Bytes input consistent。

（5）在每個(gè)Slot下按地址表依次錄入數(shù)據(jù)點(diǎn)，選擇16bit unsigned integer，并對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)做地址偏移。

（6）通過(guò)診斷檢查通信是否正常。

4.3 模擬量組態(tài)

通信過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)是一個(gè)一個(gè)字的整數(shù)，需要通過(guò)換算并選擇單位。在DCS組態(tài)里新建一個(gè)模擬量AI模塊，選中對(duì)應(yīng)模擬量單位和精度換算。

4.4 開(kāi)關(guān)量組態(tài)

（1）開(kāi)關(guān)量不同于模擬量，是由16個(gè)開(kāi)關(guān)量位信號(hào)組成一個(gè)字信號(hào)通信過(guò)來(lái)，所以需要先將通信過(guò)來(lái)的字信號(hào)進(jìn)行拆解。

（2）在組態(tài)畫(huà)面里選用BFO（布爾泛輸出功能塊）功能塊，將通信過(guò)來(lái)的字信號(hào)，打散為16個(gè)位信號(hào)。

（3）根據(jù)地址表對(duì)16個(gè)位信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)字量組態(tài)。

5 常見(jiàn)錯(cuò)誤總結(jié)

在通信的過(guò)程中，有一些容易出現(xiàn)錯(cuò)誤的重點(diǎn)難點(diǎn)需要注意，總結(jié)如下：

（1）耦合器實(shí)現(xiàn)的是兩個(gè)主站之間的通信，耦合器的1網(wǎng)和2網(wǎng)分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)主站的從站。

（2）耦合器的1網(wǎng)和2網(wǎng)的地址由撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置，在相應(yīng)的主站要對(duì)應(yīng)好相應(yīng)的地址，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)互不干擾。

（3）耦合器數(shù)據(jù)區(qū)域應(yīng)當(dāng)相互對(duì)應(yīng)，比如PLC網(wǎng)絡(luò)選擇64字節(jié)輸出（保持），對(duì)應(yīng)DCS測(cè)選擇64字節(jié)輸入（保持）。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著時(shí)代的進(jìn)步，越來(lái)越多的工廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。而不同自控系統(tǒng)如何互聯(lián)，成為業(yè)界經(jīng)常要解決的問(wèn)題。本文通過(guò)介紹冶煉廠KKK風(fēng)機(jī)PLC系統(tǒng)和全廠DCS系統(tǒng)的通信，介紹了一種PLC DP coupler的通信方法，經(jīng)過(guò)實(shí)踐，完成了兩個(gè)系統(tǒng)的通信，滿(mǎn)足了工藝要求，實(shí)現(xiàn)了中控室統(tǒng)一管理操作的目標(biāo)。本文以此為其他deltav系統(tǒng)的通信提供借鑒。