化工控制系统集成方案设计应用.doc

1、化工控制系统集成方案设计应用摘要：文章提出了基于 MODBUS RTU协议和 PROFIBUS-DP协议的和利时 MACSV DCS与西门子 S7系列 PLC通信的具体实现方法，给出了硬件及软件的选择和配置,实现了 DCS与 PLC的数据交换，减少了分散的监控站点，防止数据信息采集延迟，并且节约了生产和运行成本。 关键词：DCS PLC MODBUS PRUFIBUS-DP 通信 中图分类号： TN91 文献标识码： A 0 引言 科技进步促进了化工行业的迅速发展，出于安全和成本等多方面的考虑，化工生产的自动化程度也日益提高，集散控制系统（DCS:Distributed Control Sys

2、tem）采用了“分散控制，集中管理”的先进控制理念，且具备网络冗余、控制冗余等特点，使得安全系数大幅提高，在化工生产中得到了广泛应用。PLC(可编程控制器)因其成本低、接口丰富、运行稳定等特点，也在生产辅助系统中得到了普遍应用。但是 DCS系统和 PLC系统往往是由不同厂家设计提供，具有不同的通信机制，造成了相互不能通信，也无法实现信息交换。在实际生产中，操作人员往往需要同时监控 DCS和 PLC的数据，并结合 DCS与 PLC的数据进行生产操作，因此，系统集成显得尤为重要。本文选取国内广泛应用的和利时 MACSV控制系统和西门子 S7系列 PLC系统为例，进行系统集成的多个方案设计比较。 1

3、 系统简介 和利时 MACSV控制系统是国内比较成熟的控制系统，广泛应用于工业企业的流程控制中。它遵从相关的标准及规范进行设计，采用先进的现场总线技术，既可以安全可靠的进行现场数据的采集，又可方便的与远程 I/O,CAN,PROFIBUS等多种现场总线连接，具备高度的灵活性和极好地扩展性。 在工业生产中，比如公用工程的制氮机、空压机等辅助系统多采用PLC系统控制，由于不同的厂家也使得这些设备、系统的控制分散，信息不能集中管理，需要单独设立巡检岗位进行状态监控，人员成本增加，而且分散操作不能实时、效率的进行，可能造成设备损坏和安全事故。 2 DCS 与 PLC的通信方案选择 2.1 方案简介 目

4、前，DCS 系统与 PLC的集成方案主要有 MODBUS方案和 PROFIBUS-DP方案等，各方案都具有不同的优势。 MODBUS 协议是国际标准通信规约，其最初由 Modicon公司开发出来，现在已经是工业领域最流行的协议。无条件开放使用等优点使许多工业设备，包括 PLC，DCS，智能仪表等都在广泛的使用。 PROFIBUS 是目前国际通用的现场标准之一，适合于快速、时间要求严格和复杂的通信任务。PROFIBUS 有 3部分组成：即PROFIBUSDP、PROFIBUSPA 和 PROFIBUS-FMS。PROFIBUS-DP 由于其高速性，使它适用于自控设备与外围设备之间的通信,是目前应

5、用最广泛的总线系统。 2.2 方案设计比较 2.2.1 S7-200PLC 与 MACSV系统通信方案 （1）PLC 端不需要增加硬件，其通信口用于 MODBUS协议通信，选择DCS的一个操作站作为通信站增加一块 MOXA卡，通过配置通信文件，MACSV系统可采集现场遵循 MODBUS协议的设备数据； （2）在 DCS现场控制柜中增加和利时的 FM020通讯模块，该模块在PRIFIBUS-DP侧做 DP从站，在 MODBUS侧可以做主站或从站； （3）如果采用 PROFIBUS-DP协议通信，需要在 PLC端增加西门子EM227 DP扩展模块，再将信号引入 DCS现场控制柜。 2.2.2 S7

6、-300PLC 与 MACSV系统通信方案 （1）如果采用 MODBUS协议实现通信，需要在 PLC端增加一个 CP341通信卡和一个硬件狗。考虑到 S7-300PLC控制系统一般应用于数据量较大的系统，而 MODBUS串口通信速率较低，当通信数据量大时会造成网络堵塞，一般不建议采用该方案，本文不做具体设计。 （2）若采用 PROFIBUS-DP协议，由于和利时 MACSV系统控制层网络数据传输就采用了 PROFIBUS-DP通信协议，因此 PLC的 DP通信线只需要接进其控制柜即可，利用 PLC厂家提供的 GSD文件，可将 PLC作为 DCS的一个模块进行组态，而且由于 s7-300PLC的

7、 CPU 均集成了 DP口，不需要增加硬件，硬件成本低，易实现，运行稳定，因此多采用该方案。 3 设计实现 通过方案设计可以发现，S7 系列 PLC和 MACSV控制系统实现通信，除了需要采用相应的硬件支持外，均可采用 MODBUS RTU协议或PROFIBUS-DP协议实现，具体协议实现如下。 3.1MODBUS RTU 协议通信实现 当采用和利时 FM020通讯模块时，按照指导文件配置即可，比较方便实现。如果采用 MOXA卡的方式时，选择一台 DCS操作站作为通讯站，在通讯主机上安装 MOXA卡并驱动， DCS的 MOXA卡口与 PLC的串行通信口采用屏蔽双绞线相连。 软件组态时，在 s7

8、-200系统中，需要调用 MODBUS从站协议库中的MBUS_INIT指令和 MBUS_SLAVE两条指令。MBUS_INIT 指令用来启用和初始化 MODBUS通信，在第一个循环周期内执行一次。MBUS_SLAVE 指令被用于为 MODBUS主设备发出的请求服务，必须在每个扫描周期内都执行，以检测并响应 MODBUS请求。 在 DCS系统中需要执行通信文件 MvModbusMDT.exe，该通信模块可通过串中将现场遵循的 MODBUS协议的设备数据采集到 MACSV系统中，并可给设备下发控制。 3.2PROFIBUS-DP 协议通信实现 MACSV 系统控制层网络数据传输采用了 PROFIB

9、US-DP通信协议，所以直接用 DP电缆将 S7-300或 S7-200系统中 EM227的 DP口与 DCS系统现场控制站的 DP重复器相连,即完成了物理连接。 在 S7-300PLC端进行组态，根据所需要通信的变量数目，按照与 DCS主站约定的通信区和从站地址进行相应的配置，完成后对 PLC进行程序下装调试。为避免网络上因其他站点掉电使整个网络不能正常工作，可在 PLC系统中调用 OB82、OB86 和 OB122组织块。 在 DCS端，将相应 PLC的 GSD配置文件拷贝到 DCS工程师站中，启动硬件组态软件，引入 PLC的 GSD文件，并按从站约定进行设备定义后，可以在 IO组态中添加

10、 PLC，设置模块地址与从站相同，然后进行组态调试。 4 结束语 化工行业正着力走出一条产业结构优、科技含量高、资源消耗低、环境污染小，为适应这一发展要求，需要生产过程不断优化，可靠性和自动化水平不断提高。因此，通过对 DCS系统和其他辅助系统过程数据进行统一管理，减少监控点，可节约运行成本，提高了生产自动化水平，也为企业优化生产岗位创造了条件。 参与文献 1廖常初.S7-300/400 PLC应用技术M.2 版.北京：机械工业出版社，2008 2胡敏.深入浅出西门子 S7-200PLCM.北京航空航天大学出版社，2003 3曾蓉,冯继勇,丁明亮.基于 PROFIBUS-DP的 DCS与 PLC通信的排污控制系统J.化工自动化及仪表,2009,36(6):8283