DCS与PLC通讯技术的实施策略

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前言
　　随着DCS系统在化工自动化领域的广泛应用，其功能已不仅仅是完成控制和操作，在很大程度上还要整合其它各辅助系统的运行信息和生产数据，并将这些数据提供给操作人员和管理者。因此，DCS系统如何实现与第三方系统间通讯进行数据交换，越来越被更多的用户重视并广泛应用。
　　大庆炼化公司30万吨/年聚丙烯装置DCS控制系统是CS3000系统，有5套PK包机组采用西门子独立的S7400PLC系统，并与CS3000进行MODBUS通讯。在DCS与PLC通讯时，DCS只能作为主设备，PLC作为从设备。MODBUS为单主站网络协议，所以系统中只能够有一个MODBUS主站，并且只能够实现主站和从站的数据交换，从站之间不能进行数据交换。
　　西门子CP340/CP341/CP440/CP441-1/CP441-2模块是S7300/400系列PLC中的串行通讯模块，该模块具有串行通讯口。可以使用这种通讯模块实现S7300/400与其他串行通讯设备的数据交换，例如打印机、扫描仪、仪表、MODBUS主从站、Data Highway站、变频器，USS站等。下面以CP341与ALR121为例介绍其通讯功能，其网

络框图如图1所示。
　　一、通讯的硬件配置
　　1、 CS3000系统的ALR121通讯卡
　　ALR121通讯卡支持RS 422/ 485 通讯，其接口定义和通讯接线如图2所示。RS485接线采用普通的3线接法。
　　2、西门子CP341通讯卡
　　CP341通讯模块是西门子S7-300/400系列PLC中的串行通讯模块，具有1个串行通讯口（RS232C或RS485/422）。可以使用这种通讯模块实现S7300/400与其它串行通讯设备的数据交换其物理接口如图3所示。

图1 CP341与ALR121通讯网络示意图

　　3、CP341 与 ALR121连接
　　进行RS485通讯时，将CP341的4、8、11端子与ALR121的TX+、TX－、SG端子连接，接线图如图4所示。

　图2 ALR121硬件接口

　　图3 CP341硬件接口

　　图4 RS485通讯CP341 与 ALR121接线图

　　二、软件组态
　　下面以聚丙烯PK301机组S7-414H型PLC与CS3000系统间通讯为例，介绍CP341和ALR121如何进行通讯组态和编程的。
　　1、PLC 软件编程
　　首先安装STEP 7 V5.3＋SP2版编程软件和CP341模板所带的软件驱动程序。在硬件配置中定义CP341通讯卡，如图5所示。在标记CP 341 选择"Edit > Object Properties"，或者双击CP 341，显示图6.0，不必在"General"，"Addresses"和"Basic Parameters"标签中做任何设置。点击" Parameters"按钮来参数化波特率9600，偶校验等参数，这里非常重要的一点就是PLC作为MODBUS通讯的从站地址"10"的定义，如图6.1所示。然后再设定MODBUS从站的Function Code地址与PLC中M，I，Q等地址的对应关系。图6.2是定义MODBUS通讯RS485协议的定义，图6.3是定义调用的DB60和DB61数据块。

　　图5 CP341通讯卡硬件组态

　　图6.0 CP341属性显示MODBUS通讯连接

　　图6.1 CP341通讯从站端口定义

　　图6.2 CP341中定义RS485通讯

　　图6.3 CP341中定义调用的DB数据块

　　2、CS3000系统组态
　　在CS3000组态中，首先要对ALR121的定义。定义为冗余型通讯卡，通讯端口为PORT2。如图7所示。然后定义端口PORT2的通讯参数，波特率9600BPS，偶校验，响应时间等，如图8所示。
　　在定义完通讯卡属性后，最最重要的一项工作就是在ALR121中定义通讯点的地址。如图9所示。其中关键参数是：
　　SIZE：44
　　PORT：2
　　STATION：10
　　DEVICE&ADDRESS：A30061 （数字量）
　　DEVICE&ADDRESS：A30080 （模拟量）
　　DATA TYPE：Input（32－Bit Floating）
　　LABEL：％％TT3501 (仅以模拟量温度指示TT3501为例)
　　DEVICE&ADDRESS的地址A30080是PLC编程者提供的MODBUS通讯地址的起始地址，以后

的排列顺序必须与PLC提供的地址表相一致。"Device & Address" 在 MODBUS PLC的地址结构如下：
　　< function code> + <device type> + <address of the device>
　　"xxxx" 是MODBUS PLC通讯的起始地址，范围是1 － 65535 (1H to FFFFH) ，对于PK301机组模拟量通讯的起始地址就是A30080，数字量通讯的起始地址就是A30061。

　　图7 ALR121通讯卡属性定义

　　图8 ALR121通讯卡通讯端口定义

　　图9 ALR121中定义通讯点的地址

　　对于数字量通讯，在定义完硬件地址A30061等参数后，要记住％WW0109地址，然后如图10在FCS0101的SWITCH中定义通讯点变量详细地址。注意，由于1Word=8Byte＝16Bit，因此％WW0109对应%WB10901~%WB109016，可以定义16个数字量。按照PLC程序提供的通讯变量顺序定

义地址，如图11所示。其中Tag Name是在CS3000系统中调用的变量名称，如变量TT3506AS就是温度传感器故障报警信息，在DCS流程图中的调用见图12所示。

　　图10 在SWITCH中定义通讯点变量

　　图11数字量通讯点地址分配

　　图12 TT3506AS在DCS流程图中调用

　　对于模拟量，当对PLC通讯到DCS的数据进行显示时，利用CS3000系统的FUCTION BLOCK建立PVI显示即可，例如TI3501组态如图13所示。

　　图13 FUCTION BLOCK的PVI组态

　　结论
　　聚丙烯装置运行几年来，PLC与DCS通讯性能稳定，技术可靠，已经在数据统计分析等方面体现出明显的优势，已经成为当今自动化应用领域的发展方向。当然PLC与DCS通讯的手段和策略有很多种，需要广大的用户不断总结和探索，本文所阐述的不当之处还请同行专业人士批评指正。
　　作者：刘建宇（LiuJianyu）
　　作者单位：大庆炼化公司（DaQing Refining & Chemical Company）
　　作者简介：刘建宇，男，1975年8月生人，生于黑龙江省大庆市，1996年毕业于大庆石油学校，计算机技术及应用专业，助理工程师，现任大庆炼化公司机电仪厂机电维护车间技术组组长，一直从事化工仪表自动化维护和技术管理工作。
　　电话：0459－5616461 13069646298
　　Email：liujiany@(暂不可见)
　　作者单位地址：大庆炼化公司机电仪厂邮政编码：163411

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