FOXBORO DCS系統與西門子總線通訊的實際應用

王勇

摘 要：本文主要闡述了文山氧化鋁溶出系統隔膜泵監控信號利用FOXBORO的DCS系統與西門子PLC（S7-300）總線模塊通訊的方案，結合通訊產品的優點詳細講述了方案具體實施和配置的過程。

關鍵詞：文山氧化鋁；FOXBORO；西門子；ProfiBus

1 概述

文山氧化鋁溶出隔膜泵系統根據業主需要在每隔膜泵系統的監控內容包括隔膜泵的給排油信號、壓縮空氣壓力信號、推進液壓力及變頻器運行狀態等進行監控信號都上FOXBORO的DCS監控系統，用戶通過其相關參數的變化判斷隔膜泵運行是否運行正常，是否需要進行維護。但新增測點原設計未進入DCS，隔膜泵現場配備一個PLC控制箱控制箱上裝有一個觸摸屏，操作人員只有通過現場單獨監控不便DCS的集中控制。

由于不能遠程監控，業主無法方便的對現場情況進行了解，在DCS自動控制程序中也無法實現相應的隔膜泵保護，因此經過協商共同提出了在原有西門子總PLC系統中增加ProfiBus-DP通訊模塊。FOXBORO DCS系統通過ProfiBus-DP進行通訊的方案，這兩種第三方設備的通訊全國尚屬首次，因此在接線、配置、通訊、取信號中存在許多的問題，本文將對整個通訊的全過程做詳細介紹，為將來可能進行的廣泛應用提供參考。

2 PROFIBUS-DP通訊

作為眾多現場總線家族的成員之一，ProfiBus是在歐洲工業界得到最廣泛應用的一個現場總線標準，也是目前國際上通用的現場總線標準之一。ProfiBus是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產商的現場總線標準，可實現現場設備層到車間級監控的分散式數字控制和現場通信網絡，從而為實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供了可行的解決方案。其開放性可以允許眾多的廠商開發各自的符合ProfiBus協議的產品，這些產品可以連接在同一個ProfiBus網絡上。本文涉及的兩種設備均采用了這種協議。

ProfiBus-DP傳送速度可在 9.6kbaud～12Mbaud，最大1000M傳送距離，在總線啟動時，所有總線上的設備應該設置為相同的速度，傳輸距離若是超過1000M應增加中繼器。DP即Decentralized Periphery分散型外圍設備，它具有高速低成本，用于設備級控制系統與分散式I/O的通信。ProfiBus-DP通訊在鋁行業中多見于西門子控制器與現場獨立設備如變頻器、小型控制器之間使用。

3 FOXBORO DCS通訊模塊FBM222的特點

FBM222的主要特點是：可集成ProfiBus-DP/PA從站設備到DCS控制系統，符合ProfiBus-DP的規范，最大支持125從站設備滿244字節的數據傳輸，支持冗余模塊熱插拔，并可以在FBM222和容錯控制處理器之間進行完整的冗余通訊。在設備增加，更改和去除時，不會影響正在進行的操作，傳輸的值和控制塊狀態，提供一個用戶可選擇的狀態參數輸入數據以及回讀輸出值數據，提供兩個電氣隔離的PROFIBUS通道。

文山氧化鋁全廠DCS系統在有需要進行通訊的工段均配置了FBM222模塊，以實現全廠的通訊統一化和標準化。

4 西門子（s7-300）總線模塊的特點

西門子PROFIBUS總線模塊是一種成熟型產品，具有西門子模塊化特點，方便通訊等特點。

此次選用的西門子總線模塊型號是CP342-5總線通訊模塊，具有適合站點結構，高靈活性，便于項目規劃，快速安裝，易于掌握，高可靠性，開放并且有前瞻性，與其他系統無縫整和，寬溫工作范圍-25～55℃等特點。

5 通訊接線方式

文山氧化鋁溶出系統共有4臺高于隔膜泵，而且都位于高壓隔膜泵房，每臺隔膜泵有個單獨的PLC控制系統，由于隔膜泵是進口設備要求不能在原有設備上做很大的改動，只能在原有的PLC模塊上增加ProfiBus通訊模塊，才能既不改變原程序而且可以通過通訊程序上傳數據。只有這樣才能利用其空間占用低，通訊穩定，每個測點接線僅在現場即可完成的特別，通過一根ProfiBus通訊線與DCS進行通訊，節約了大量布線時間并節省增加新DCS模塊的成本，形成了一套較為合理的通訊方案。

ProfiBus電纜從DCS機柜溶出系統的模塊FBM222接口出發依次串聯至現場1#隔膜泵就地控制箱，2#隔膜泵就地控制箱，3#隔膜泵就地控制箱，3#隔膜泵就地控制箱，形成一個完整獨立串聯網絡。接線中應該注意電纜接頭的制作以及屏蔽線的連接，避免干擾或接觸不良帶來的通訊問題。

6 軟件配置的詳細步驟

以1隔膜泵系統為例，首先在DCS中設置硬件配置，建立DCS FBM222總站模塊K0235C，站地址為2到5（FBM222模塊為冗余模塊，每個模塊有兩個接口）和4個隔膜泵總線模塊的從站GM1-GM4，站地址為11-14.

主站文件的配置，點擊config-profibusport打開主站配置程序，選擇file-select port1，在對話框中輸入新建立的主站模塊K02CP3_ECB：K0235C，程序將為自動檢測，匹配后配置主站的站點為4。

從站的文件配置，首先將相應的GSD文件（西門子總線模塊的信息配置文件PXC_00F0.gsd）拷貝到d：/user/fox/sp/files devices點擊config-profibusSlave，進入從站配置程序，選擇總線模塊相應的GSD文件si0180d6.GSD，從站配置程序即可識別出相應的內容，點擊edit-properties-Configuration Data，在此處應按實際數據類型做相應配置，主要根據從站數據大小進行配置。

主從站配置完成后在系統信息中可以查看到新建立的模塊信息，模塊上線后，可以看到K0235C模塊的顏色，白色表示通訊正常，黃色表示有報警，下面連接的從站模塊沒有全部連接完成。

通過模塊K0235C進入到進入到下面的從站信息可以看到，從站設備的狀態，GM1顯示白色代表通訊正常，GM4顯示紅色，表示通訊失敗（通訊失敗用兩種可能，一種是通訊沒有配置好，一種是通訊做好了但現場通訊模塊斷電了）。

在從站信息中查看到主站地址（MASTER ADDRESS）有信息，為0X4，即為正常，如果為0XFF，表示未讀取到任何信息通訊失敗。造成失敗的原因通常為接頭問題或程序配置錯誤。

接線和配置都成功后，現場所有設備上指示燈應該為綠色，信號交換燈閃爍，通訊正常后即可進行模擬量的讀取。

現場西門子PLC也需要進行配置：首先需要進行通信模型硬件狀態及從站地址的設置，如下圖：

通信模塊地址配置及通信速率配置（通信速率要求與主站一致）

本系統只需要讀取隔膜泵程序，所以只讀取程序命令（DP_SEND），如果需要寫入程序則需要命令（DP_RECV）

7 結束語

目前文山氧化鋁溶出系統通訊方案在小改造，簡單布線，節約成本的前提下順利完成，現場隔膜泵的重要參數已經能夠遠程監視，給業主運行和正常生產提供了重要參考和保障，為其他的類似工段繼續采用這個方案奠定了基礎。

[參考文獻]

[1]上海Foxboro. FBM222通訊手冊，2007.

[2]上海Foxboro.I/AS系統及應用第五版，2006.

[3]西門子CP342-5使用手冊.