異構控制系統之間數據通信的新方法

王明虎

（淮安清江石油化工有限責任公司，江蘇 淮安223002）

淮安清江石油化工有限責任公司部分裝置的DCS采用PCS7系統以及MACS系統，這2套DCS有一個共同的特點：支持Profibus總線，可以將其他支持Profibus的設備（如機組控制的PLC）作為該類DCS的DP從站掛接在DP總線上，這就提供了不同品牌系統之間相互通信的新思路，即如果需要通信的PLC系統支持Profibus，且該PLC設備制造商提供了表述該設備的GSD文件，就可以把PLC作為DCS中Profibus總線上的一個DP節點，這樣PLC系統與DCS之間就可以進行通信且實現了真正的無縫鏈接。

1 Modbus通信方式及優缺點

1.1 通信方式

Modbus協議是由Modicon公司開發出來的一種串口通信協議，支持的硬件接口有RS－232，RS－422，RS－485及以太網。通常DCS和PLC不同系統之間的通信基本上都采用Modbus通信協議。

Modbus是一種主從應答式通信協議，由主站發起訪問，相應從站作出應答，主站發起詢問的命令中包含從站地址、功能碼、從站的寄存器及循環校驗等信息。只要需要通信的雙方共同支持Modbus通信協議，約定需要通信的數據類型、數據量，再在兩系統間作必要的設置，就可以進行通信了。

1.2 通信方式的優缺點

1.2.1 優 點

1）Modbus通信方式使用的年代較早，大家對此比較熟悉。

2）Modbus通信設備只需要嚴格遵循Modbus通信協議開發的軟硬件，一般情況下，通信是可靠、方便的。

3）Modbus支持主從總線結構，1條總線上可以掛接多臺從站。

1.2.2 缺 點

需要掌握Modbus通信協議的基礎知識，且操作相對繁瑣。雖然Modbus通信伙伴之間可以同時進行布爾量和模擬量通信，但實際運用時往往只能選擇其中一種，通常使用模擬量進行通信，此時就需要把開關量打包成模擬量。Modbus通信相互之間進行通信的數據如果是浮點數，不同廠商之間的字節順序有時是不同的，需要在通信接收端進行相應的設置，這都造成通信程序較為復雜。另外，不同廠家對功能碼的表述有時會有差異，導致在組態時，地址對應需要摸索、調試。最嚴重的是不同系統之間的Modbus通信，如果兩者之間沒有成功通信過，有時會存在兩者之間無法通信的現象。

2 基于GSD文件的Profibus通信方式

2.1 應用PCS7設計的DCS結構

選用PCS7作為DCS時，其CPU采用S7－400H，S7－400H與工程師站、操作站之間采用工業以太網通信［1－2］。

S7－400H的CPU自帶Profibus DP接口，通過該DP接口PCS7系統產生了2條Profibus總線，在這2條總線上掛接PCS7的I／O卡件，負責和現場儀表之間的信號傳輸，如圖1所示。

圖1 PCS7系統結構示意

2.2 DCS與PLC系統之間通信的常規方法

以PCS7為例，以往在DCS需要與其他智能裝置進行通信時，首先要求DCS和智能裝置都要具有Modbus通信接口，規定雙方應具備相同的軟、硬件通信接口。例如在PCS7中需要在ET200分布式I／O模塊插槽中增加1塊 Modbus卡（如CP340／341），通過該模塊，PCS7產生了1個與外界通信的Modbus接口，通過對該接口編制相應的程序，可以實現其他系統通信。

2.3 不同控制系統之間數據通信的新思路

Profibus本身也是一種國際通用的通信標準，且很多設備制造商都遵循該標準。以往的設計方法（使用 Modbus通信）是先在支持Profibus的DCS中把Modbus協議轉換成Profibus協議，再通過Profibus協議獲取外部信息。實際上，如果雙方都支持Profibus協議，可直接使用Profibus協議，就不需要這樣的轉換。即DCS與PLC系統之間通信，使用Profibus協議是完全可能的。如果需要通信的雙方都支持Profibus協議，就可以把PLC系統直接掛在Profibus總線，讓兩者通過Profibus直接進行通信，省去了一些不必要的環節。以下是DCS與PLC系統之間通信使用Profibus協議的理論依據。

1）GSD文件的作用。支持Profibus的設備，一般都隨機附帶一個該相應設備的GSD文件，GSD文件把該設備的所有特性用電子文件的形式表示出來（又稱電子設備數據庫文件），只要將該GSD文件安裝在相應的DCS中，就可以識別該設備，從而可以處理PLC里面的數據。

2）DCS安裝新設備的GSD文件方法。以PCS7為例，在該系統硬件組態中的Options菜單中，有安裝GSD文件菜單，把該設備廠家所附帶的GSD文件導入即可。

3）DCS與新設備的鏈接。在PCS7安裝完GSD文件后，PCS7硬件組態時，在配置文件列，有該硬件名錄，直接將該硬件拖放到Profibus上，設置DP地址接口，該設備就成為PCS7的一部分，此時需要通信的點如同該PCS7的I／O卡件那樣方便。

3 應用實例

3.1 PCS7與催化劑老化器之間的PLC通信

該公司某裝置的DCS原采用PCS7系統，在2013年技術改造時，需要增加1臺催化劑老化器，該設備自帶了1套PLC（西門子SP－200）作為其控制系統，按往常的做法，要求PLC須配備Modbus通信接口，以便與DCS之間的通信。筆者認為，如果使用S7－200的EM277模塊，實現Profibus與DCS通信，將方便簡潔、投資小且通信較可靠，通過與系統的鏈接，證實了該想法可行，效果很好。

3.2 MACS系統與火炬遠程站之間的PLC通信

該公司另一裝置的DCS采用MACS系統，該系統的CPU與I／O之間采用Profibus通信，該公司新建的火炬氣回收系統放在某一中心控制室，該中心控制室與火炬頭排放部分相距較遠（兩者間距4km左右）。如果采用普通I／O卡和屏蔽電纜進行點對點連接顯然不可行，必須采用遠程站的方式，遠程站再和DCS進行數字通信（光纖）。筆者采用在火炬排放區域放置1臺S7－200遠程站（置于現場隔爆箱內），這樣S7－200應用Profibus作為MACS系統1個DP接點，通過光纖接入DCS，很好地解決了遠程通信的問題，使得信號傳輸變得方便可靠、無干擾。

4 結束語

文中論述2個實例，充分考慮了系統所具有的特點，合理地選擇了Profibus通信。其合理性主要表現在兩方面：

1）通信暢通、可靠且使用簡單，PLC是作為DCS中1個節點進入DCS內，與DCS已融合為一體，真正實現了無縫嵌入。

2）鏈接簡潔，投資節省，只把PLC作為DCS的DP接點，直接掛在DP總線上，而DCS的Profibus通信是對Modbus通信方式的補充，為異構系統之間的通信提供了一種新方案，當選擇的系統支持Profibus時，可以考慮應用該方案，為系統之間的通信提供一條捷徑，不需要任何硬件（普通Modbus通信，DCS需配置Modbus卡）。

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