DP耦合器實現PLC與DCS主站間通信的實踐

袁偉杰

（江西瑞林電氣自動化有限公司，江西南昌330038）

隨著自動化技術的不斷進步，集散控制系統DCS和可編程邏輯控制器PLC在自動化領域的應用更加廣泛、復雜。由于前期規劃和一些專業設備的要求，目前在很多場合普遍存在DCS與其他控制系統或工控設備混合使用的情況。為了實現中央監控室能夠監視其他工控設備控制的系統運行情況，以便現場設備出現報警和故障時能夠及時發現處理，避免造成大的損失，需要實現DCS與PLC之間的數據通信。本文結合某冶煉廠二氧化硫風機S7-1500 PLC和硫酸的橫河CENTUM VP型DCS之間的通信，探討通過DP/DP Coupler實現PLC主站與DCS主站之間通信的技術難點。

1 Profibus-DP通信原理分析

Profibus是一種用于工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術。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可行的解決方案[1]。Profibus可提供Profibus-FMS、Profibus-DP以及Profibus-DA 3種協議類型，其中PROFIBUS-DP能精簡7層通信標準模型中第一層和第二層的結構，一定程度上提高了網絡的傳輸效率，主要應用于現場、分布式I/O設備以及PLC間的通信過程。

Profibus-DP協議明確規定了用戶數據怎樣在總線各站之間傳遞，用戶數據的含義在Profibus行規中有具體說明，同時Profibus行規還對Profibus-DP在不同領域的應用進行了詳細、精確的規定。在此行規下，不同廠商所生產的不同設備可實現互換使用。

Profibus的傳輸速率為9.6 kbps～12 Mbps。最大傳輸距離在傳輸速率為9.6～187.5 kbps時為1 000 m；傳輸速率為500 kbps時，為400 m；傳輸速率為1 500 kbps時為200 m；傳輸速率為3 000～12 000 kbps時為100 m；且如果便用中繼器，傳輸距離可延長至10 km。其傳輸介質可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接127個站點。

Profibus支持主—從系統、純主站系統、多主多從混合系統等幾種傳輸方式。主站具有對總線的控制權，可主動發送信息。對多主站系統來說，采用主令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點可在一個事先規定的時間內擁有總線控制權，供事先規定好的令牌在各主站中循環最長的1周時間。按Profibus的通信規范，令牌在主站之間按地址編號順序，沿上行方向進行傳遞。主站在得到控制權時，可以按主—從方式，向從站發送或索取信息，實現點對點通信。主站可對所有站點廣播（不要求應答），或有選擇地向一組站點廣播。

圖1 DP網絡拓撲

2 項目系統配置

本系統DP網絡拓撲如圖1所示。系統中DP主站A采用橫河CENTUM VP型DCS集散控制系統，對整個煙氣制酸系統進行集中監控；DCS側配置橫河專用的DP通信卡ALP121。DP主站B采用的是西門子S7-1500系列PLC，實現對二氧化硫風機的操作和監視；PLC側配置西門子專用的DP通信卡CM 1542-5。通過DP/DP Coupler實現橫河DCS與西門子PLC主站之間的通信。

2.1 DP/DP Coupler模塊概述

DP/DP Coupler用于連接2個Profibus-DP主站網絡，以便在這2個主站網絡之間進行數據通信，數據通信區最高可以達244字節輸入和244字節的輸出。各撥碼開關含義見表1。

表1 各撥碼開關含義

本項目DP/DP Coupler撥碼為：DP1、DP2的PS撥為ON，DP1、DP2的DIA撥為OFF，DP1、DP2的撥為ADDR OFF，DP1的地址撥成11，DP2的地址撥成11。

2.2 組態及通信編程

2.2.1 DCS側編程及其組態

打開SYCON軟件，導入DP/DP Coupler的GSD文件，在圖形編輯器中添加DP/DP Coupler節點。本系統節點數為11，配置DP網的通信速率為187.5 kBits等，配置分別見圖2和圖3。

圖2 DP網絡配置

圖3 DP網絡參數

依據需要通信數據量的大小，在從站地址區中選擇相應的通信格式進行配置。本項目設計規劃為2組32個輸入字節的通信量，即在通信IO地址表配置2個64個字節的通信數據，配置見圖4。

圖4 DP從站數據交換區

通信地址表見圖5和圖6，配置步驟如下：1）Buffer欄設置64，占用了%ww0001～%ww0064通信地址塊；2）Program Name欄選擇ALR121模塊對應的地址位代碼；3）Size欄設置32，32為第1個通信地址塊，大小為32個字節；4）Port欄設置為1，使用模塊端口1通信；5）Station設置為11，11為DP從站地址；6）Device&Address設置為1-1，前面1為第1個地址包，后面的1表示偏移地址區，1為從第1地址塊開始；7）Data Type設置問為16為有符號整形；8）在%ww0033行Size欄設置32，32為第2個通信地址塊，大小為32個字；9）在%ww0033行Port欄設置1，使用模塊端口1通信；10）在%ww0033行Station設置11，11為DP從站地址；11）在%ww0033行Device&Address設置2-1，2為第2個地址包，后面的1表示偏移地址區，1為從第1地址塊開始；12）Data Type設置為16位無符號整形。

圖5 通信地址配置1

圖6 通信地址配置2

2.2.2 PLC側編程及其組態

在TIA portal軟件硬件配置中添加DP/DP Coupler從站；在網絡組態里將CM 1542-5和DP/DP Coupler組態好進行連接，并設置好DP地址和傳輸率。在智能從站配置中完成相應的數據區配置，PLC通信連接及地址分配分別見圖7和圖8。

圖7 PLC通信連接

圖8 PLC通信地址分配

3 結語

綜上所述，在本項目中通過DP/DP Coupler實現了DCS主站和PLC主站之間的通信。相比主從通信方式，該方式更能提高系統穩定性，相比硬接線方式節約了電纜和控制系統的成本，減輕了安裝施工的工作量，提高了工程實施進度，并且能監控更多的設備運行參數，具有很好的推廣性。