基于DPDP coupler的西門子PLC300與艾默生DeltaV系統的通信研究

張倍

北方銅業股份有限公司垣曲冶煉廠 山西 運城 043700

1 概述

1.1 背景簡介

垣曲冶煉廠是一家以冶煉銅礦為主的多金屬綜合工廠，2012年起進行技改重建，2014年投產，其DCS系統選用了世界一流的美國艾默生公司的DeltaV系統。制酸工藝部分，硫酸風機選用了KKK風機。KKK風機使用西門子PLC300系統，自成體系，并沒有與全廠DCS系統聯網。如何將PLC的局部系統，并入全廠DCS大系統，成為自投產以來的難題。

1.2 硫酸風機極其PLC系統

KKK風機采用了西門子S7 300系統，其中CPU選用的是315-2DP，并配備了DPDP coupler用于與外系統通信。KKK風機的PLC柜就在風機房，配以一塊西門子觸摸屏，操作和觀察數據時都需要進入風機房里。

1.3 艾默生DeltaV DCS系統介紹

DeltaV控制系統是目前性能最優越的DCS控制系統之一，在國內外有著廣泛的應用。冶煉廠選用DeltaV系統作為全廠級的控制系統，除了管理全廠的儀表電氣設備外，還通過配備的DP卡件和MODBUS卡件與現場的第三方設備通過DP總線或MODBUS總線進行通信連接，從而實現全面的控制管理。

1.4 PLC與DCS通信的意義和難點

現代化的自動化工廠都實現了中控化的集中管理控制，而現場的第三方設備往往自帶有小型的控制系統，如小型的PLC。而將這些分散的小型系統與DCS通過通信相連，是常常需要解決的重點和難點。由于各系統常常是不同的廠家，比如垣曲冶煉廠DCS是美國艾默生系統，PLC是德國西門子系統。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系統現在已經能夠支持DP總線，但是應用案例少，再加上PLC種類繁多，使得實際操作時總會帶來種種困難。

由于硫酸風機是廠里的重點設備，其巡檢與監護非常重要，而現有的方式工人必須經常去風機房查看觸摸屏，如果一旦有參數異常，而因為巡檢工不在則有可能帶來危險隱患。因此兩個系統的通信非常重要[1]。

2 DP/DP coupler原理及使用方法

DP/DP耦合器用于連接兩個Profibus-DP主站網絡，以便在這兩個主站之間進行通信，數據通信區最高可以達244字節輸入和244字節的輸出。最多可以建立16個I/O數據交換區。

DP/DP coupler可以連接連個不同的Profibus網絡進行通信，2個網絡的通信速率，站地址可以不同。并且兩個網絡實現電氣隔離，相互獨立，一個網絡出問題不會影響另一個網絡運行。它的這些特性用在KKK風機上，既保護了風機運行的獨立性，又滿足了通信的需求。

DP/DP coupler兩個通信網絡的數據區必須對應，否則會造成通信故障，比如PLC的輸入區對應DCS的輸出區，PLC的輸出區對應DCS的輸入區。

采用雙路冗余供電，可通過DIL開關，Step7或其他編程工具設定profibus站地址。

3 S7 300通信編程組態

以KKK風機和DCS通信為例，KKK風機為網絡1，CPU為315-2DP。

其組態設計如下：

網絡1：CPU315-2DP主站，DP/DP coupler的DP1地址為11，網絡波特率為1.5Mbit/s；

與網絡2的數據通信接口區：

64字節的輸出（連續），64字節的輸出（連續）。

4 DeltaV系統通信編程組態

4.1 DCS側組態設計

網絡2：DeltaV系統主站，DP/DP coupler的DP1地址為12，網絡波特率為1.5Mbit/s

與網絡1的數據通信接口區：

64字節的輸入（連續），64字節的輸入（連續）。

4.2 硬件組態

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

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

（3）在P01下新建通信站點，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Slot，選擇64Bytes input consistent。

（5）在每個Slot下按地址表依次錄入數據點，選擇16bit unsigned integer，并對每個數據做地址偏移。

（6）通過診斷檢查通信是否正常。

4.3 模擬量組態

通信過來的數據是一個一個字的整數，需要通過換算并選擇單位。在DCS組態里新建一個模擬量AI模塊，選中對應模擬量單位和精度換算。

4.4 開關量組態

（1）開關量不同于模擬量，是由16個開關量位信號組成一個字信號通信過來，所以需要先將通信過來的字信號進行拆解。

（2）在組態畫面里選用BFO（布爾泛輸出功能塊）功能塊，將通信過來的字信號，打散為16個位信號。

（3）根據地址表對16個位信號進行相應的數字量組態。

5 常見錯誤總結

在通信的過程中，有一些容易出現錯誤的重點難點需要注意，總結如下：

（1）耦合器實現的是兩個主站之間的通信，耦合器的1網和2網分別對應兩個主站的從站。

（2）耦合器的1網和2網的地址由撥碼開關設置，在相應的主站要對應好相應的地址，兩個網絡互不干擾。

（3）耦合器數據區域應當相互對應，比如PLC網絡選擇64字節輸出（保持），對應DCS測選擇64字節輸入（保持）。

6 結束語

隨著時代的進步，越來越多的工廠實現自動化生產。而不同自控系統如何互聯，成為業界經常要解決的問題。本文通過介紹冶煉廠KKK風機PLC系統和全廠DCS系統的通信，介紹了一種PLC DP coupler的通信方法，經過實踐，完成了兩個系統的通信，滿足了工藝要求，實現了中控室統一管理操作的目標。本文以此為其他deltav系統的通信提供借鑒。