横河DCS与西门子PLC的数据通讯设计与实现

横河DCS与西门子PLC的数据通讯设计与实现

李智超

抚顺石化工程建设有限公司第三分公司仪表车间辽宁省抚顺市113001

摘要：根据石油三厂60万吨连续重整装置要求，该装置中央控制系统采用横河CENTUMCS3000控制系统，干燥器等子系统采用西门子PLCS7300控制系统，主系统DCS与子系统PLC需要建立通讯进行数据交换，以实现各系统间联锁和各系统运行状态集中监控。为此研发横河DCS系统与西门子PLC系统之间的网络数据通讯。

关键词：横河DCS；西门子；数据通讯

引言

石油三厂现在使用的工业控制系统主要包括横河DCS、西门子系列品牌，不管是硬件还是软件界面DCS和PLC都不同各有各自的技术特点和标准差异，不同型号的DCS与PLC之间通讯比较困难。而且由于现场设备不断更替、改建、技术改造，所以就需要实现各系统之间的数据通讯和传输。连续重整装置中央控制系统采用横河CS3000DCS控制系统，系统内部采用专用冗余ESB通讯网络，通讯介质为专用ESB电缆；DCS之间采用横河专用冗余Vnet通讯网络，通讯介质为双绞线；系统与上位机之间通讯采用横河专用冗余（Vnet+Vnet/IP）通讯网络，通讯介质为双绞线，其中上位机需要专用冗余通讯VI702。

1通讯的分析与设计

随着石油三厂人员逐年减少，各操作岗位人员整合，不同系统集中监控，不同系统间联锁控制逐年增多，实现各系统间通讯变得尤为重要目前石油三厂共有横河DCS系统10余套西门子PLC20余套，由于各工控系统通讯协议和通讯方式各不相同，要实现各系统通讯和数据共享会变的更加复杂。石油三厂要实现系统间通讯资源共享存在以下难点。各系统都制定了自己的通讯协议和技术标准，为实现各系统间资源共享制造了障碍。（1）每个系统支持的通讯接口与协议各有不通。（2）PLC和DCS系统安放位置过于分散，搭建通讯网络困难太大费用太高。（3）各系统对数据要求各不相同，建立数据库结构过于复杂。（4）通讯信号的门电压为12V，线路过长，通讯网络太复杂，干扰太严重。（5）构建通讯线路的施工难度较大。从现有工控领域现状来看，各厂自动化系统都面临着不同自动控制系统之间整合的难题，不同的控制系统甚至相同系统不同型号间都存在兼容的问题。为解决这些问题，先后推出了控制局域网络（CAN）、PROFIBUS、现场总线、、HART等多种通讯协议，但仍存在一些问题，如：系统不开放各系统间产品缺乏互换性互操作性。为实现石油三厂横河DCS与西门子PLC间数据通讯提出以下三种方案。

（1）基于PROFIBUS-DP方式实现通讯PROFIBUS现场总线是一种国际化，开放式，不依赖于生产商的现场总线标准。传输可使用RS-485传输技术或光纤媒体。横河CS3000控制系统中的通讯模块ALP111采用的是PROFIBUS-DP协议，西门子S7系列PLC同样支持PROFIBUSDP通讯协议，两套系统间就可以实现通讯构建。

在PROFIBUS-DP通讯中ALP111需要作为主站的通讯模块，但是CS3000不支持通讯中GSD文件的识别，因此通讯的组态需要第三方的组态软件实现，而Hilscher公司编写的软件Systemconfigutator可以实现这个功能。

（2）基于Modbus方式实现通讯

Modbus通讯协议支持传统RS-232、RS-422和RS-485等设备，它采用查询通讯方式进行主从设备的信息传输。横河CS3000控制系统中的通讯模块ALR121支持Modbus通讯协议。而西门子S7系列PLC（CP341）同样支持Modbus通讯协议，这就为这两套系统间的Modbus通讯提供了可能。

（3）基于以太网实现通讯

横河控制系统CS3000系统间通讯采用Vnet通讯网络，与西门子PLC的以太网通讯网络不能兼容，但是CS3000有专用的以太网通讯模块ALE111，支持TCP/IP通讯方式，而西门子s7系列PLC同样支持TCP/IP通讯方式，这就为这两套系统间的以太网通讯提供了可能。综合考虑成本和方便可操作性最终采用第一种PROFIBUS-DP通讯模式。

2西门子PLC编程基本结构和工作原理

2.1西门子PLC编程基本结构

就西门子PLC编程结构而言，大体上可以分为两大类，第一类是整体式，第二类模块式，但通常情况下，不论哪一类PLC类型，其基本结构基本相同

2.2西门子PLC编程的工作原理

西门子PLC编程在具体工作中，主要采用循环执行用户程序的方式，被称之为循环扫描工作方式。一个完整的循环周期由三个阶段共同组成，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。西门子PLC的扫描循环次序图如图1所示：

图1西门子PLC的扫描循环次序

3控制功能方案的实施

硬件方面利用ALP111模块（横河Profibus-DP模块），与CP342-5（西门子Profibus-DP模块）通过DP连接。软件方面：横河DCS系统采用CS3000+LFS2540编程软件完成通讯组态，西门子PLC采用step7编程软件完成通讯编程，最后由第三方软件SystemConfigurator（Hilscher公司编程软件）进行整合。

（1）配置硬件

（2）软件配置（图2）

图2硬件配置

此通讯设计是由CS3000R3.09（横河DCS组态软件）、LFS2540（DCSPROFIBUS通讯软件包）、step75.5（西门子PLC编程软件）、SystemConfigurator（Hilscher公司的编程软件）、WindowsXP（操作系统）五大系统相互联系配合实现的。

（3）网络组态

①首先通讯软件上定义参数（SystemConfigurator）打开编程软件从slaveConfiguration配置重要参数，将模块类型、数据类型、主站地、从站地址、波特率、等信息如实按照现场通讯设置，如下图3配置。

②从SystemConfigurator的菜单栏选项中选择Export导出相应的DBM文件。

③将从SystemConfigurator中导出的DBM文件导入到横河DCS组态软件CS3000。

④最后在ALP111编程，将变量进行添加，设置数据类型，大小整理，定义好每个变量的通讯地址。

图4定义通讯地址

4结语

通过Profibus-DP总线最终实现了横河DCS与西门子PLC之间的通信，并且经过一断时间的检测，可以稳定运行，并且具有一定的数据处理能力，对系统间联锁和对子系统运行状态的监控，为现场操作人员提供了更便利的方式，保证了生产装置的稳定运行。

参考文献

[1]郝小燕.DCS和PLC控制系统升级改造分析[J].河南化工,2010,27(13):53-55.

[2]郝小燕.DCS和PLC控制系统升级改造分析[J].大氮肥,2010,33(04):268-269+281.