异构控制系统之间数据通信的新方法

2014-08-31 02:44王明虎
石油化工自动化 2014年3期
关键词:通信协议西门子组态

王明虎

(淮安清江石油化工有限责任公司,江苏 淮安223002)

淮安清江石油化工有限责任公司部分装置的DCS采用PCS7系统以及MACS系统,这2套DCS有一个共同的特点:支持Profibus总线,可以将其他支持Profibus的设备(如机组控制的PLC)作为该类DCS的DP从站挂接在DP总线上,这就提供了不同品牌系统之间相互通信的新思路,即如果需要通信的PLC系统支持Profibus,且该PLC设备制造商提供了表述该设备的GSD文件,就可以把PLC作为DCS中Profibus总线上的一个DP节点,这样PLC系统与DCS之间就可以进行通信且实现了真正的无缝链接。

1 Modbus通信方式及优缺点

1.1 通信方式

Modbus协议是由Modicon公司开发出来的一种串口通信协议,支持的硬件接口有RS-232,RS-422,RS-485及以太网。通常DCS和PLC不同系统之间的通信基本上都采用Modbus通信协议。

Modbus是一种主从应答式通信协议,由主站发起访问,相应从站作出应答,主站发起询问的命令中包含从站地址、功能码、从站的寄存器及循环校验等信息。只要需要通信的双方共同支持Modbus通信协议,约定需要通信的数据类型、数据量,再在两系统间作必要的设置,就可以进行通信了。

1.2 通信方式的优缺点

1.2.1 优 点

1)Modbus通信方式使用的年代较早,大家对此比较熟悉。

2)Modbus通信设备只需要严格遵循Modbus通信协议开发的软硬件,一般情况下,通信是可靠、方便的。

3)Modbus支持主从总线结构,1条总线上可以挂接多台从站。

1.2.2 缺 点

需要掌握Modbus通信协议的基础知识,且操作相对繁琐。虽然Modbus通信伙伴之间可以同时进行布尔量和模拟量通信,但实际运用时往往只能选择其中一种,通常使用模拟量进行通信,此时就需要把开关量打包成模拟量。Modbus通信相互之间进行通信的数据如果是浮点数,不同厂商之间的字节顺序有时是不同的,需要在通信接收端进行相应的设置,这都造成通信程序较为复杂。另外,不同厂家对功能码的表述有时会有差异,导致在组态时,地址对应需要摸索、调试。最严重的是不同系统之间的Modbus通信,如果两者之间没有成功通信过,有时会存在两者之间无法通信的现象。

2 基于GSD文件的Profibus通信方式

2.1 应用PCS7设计的DCS结构

选用PCS7作为DCS时,其CPU采用S7-400H,S7-400H与工程师站、操作站之间采用工业以太网通信[1-2]。

S7-400H的CPU自带Profibus DP接口,通过该DP接口PCS7系统产生了2条Profibus总线,在这2条总线上挂接PCS7的I/O卡件,负责和现场仪表之间的信号传输,如图1所示。

图1 PCS7系统结构示意

2.2 DCS与PLC系统之间通信的常规方法

以PCS7为例,以往在DCS需要与其他智能装置进行通信时,首先要求DCS和智能装置都要具有Modbus通信接口,规定双方应具备相同的软、硬件通信接口。例如在PCS7中需要在ET200分布式I/O模块插槽中增加1块 Modbus卡(如CP340/341),通过该模块,PCS7产生了1个与外界通信的Modbus接口,通过对该接口编制相应的程序,可以实现其他系统通信。

2.3 不同控制系统之间数据通信的新思路

Profibus本身也是一种国际通用的通信标准,且很多设备制造商都遵循该标准。以往的设计方法(使用 Modbus通信)是先在支持Profibus的DCS中把Modbus协议转换成Profibus协议,再通过Profibus协议获取外部信息。实际上,如果双方都支持Profibus协议,可直接使用Profibus协议,就不需要这样的转换。即DCS与PLC系统之间通信,使用Profibus协议是完全可能的。如果需要通信的双方都支持Profibus协议,就可以把PLC系统直接挂在Profibus总线,让两者通过Profibus直接进行通信,省去了一些不必要的环节。以下是DCS与PLC系统之间通信使用Profibus协议的理论依据。

1)GSD文件的作用。支持Profibus的设备,一般都随机附带一个该相应设备的GSD文件,GSD文件把该设备的所有特性用电子文件的形式表示出来(又称电子设备数据库文件),只要将该GSD文件安装在相应的DCS中,就可以识别该设备,从而可以处理PLC里面的数据。

2)DCS安装新设备的GSD文件方法。以PCS7为例,在该系统硬件组态中的Options菜单中,有安装GSD文件菜单,把该设备厂家所附带的GSD文件导入即可。

3)DCS与新设备的链接。在PCS7安装完GSD文件后,PCS7硬件组态时,在配置文件列,有该硬件名录,直接将该硬件拖放到Profibus上,设置DP地址接口,该设备就成为PCS7的一部分,此时需要通信的点如同该PCS7的I/O卡件那样方便。

3 应用实例

3.1 PCS7与催化剂老化器之间的PLC通信

该公司某装置的DCS原采用PCS7系统,在2013年技术改造时,需要增加1台催化剂老化器,该设备自带了1套PLC(西门子SP-200)作为其控制系统,按往常的做法,要求PLC须配备Modbus通信接口,以便与DCS之间的通信。笔者认为,如果使用S7-200的EM277模块,实现Profibus与DCS通信,将方便简洁、投资小且通信较可靠,通过与系统的链接,证实了该想法可行,效果很好。

3.2 MACS系统与火炬远程站之间的PLC通信

该公司另一装置的DCS采用MACS系统,该系统的CPU与I/O之间采用Profibus通信,该公司新建的火炬气回收系统放在某一中心控制室,该中心控制室与火炬头排放部分相距较远(两者间距4km左右)。如果采用普通I/O卡和屏蔽电缆进行点对点连接显然不可行,必须采用远程站的方式,远程站再和DCS进行数字通信(光纤)。笔者采用在火炬排放区域放置1台S7-200远程站(置于现场隔爆箱内),这样S7-200应用Profibus作为MACS系统1个DP接点,通过光纤接入DCS,很好地解决了远程通信的问题,使得信号传输变得方便可靠、无干扰。

4 结束语

文中论述2个实例,充分考虑了系统所具有的特点,合理地选择了Profibus通信。其合理性主要表现在两方面:

1)通信畅通、可靠且使用简单,PLC是作为DCS中1个节点进入DCS内,与DCS已融合为一体,真正实现了无缝嵌入。

2)链接简洁,投资节省,只把PLC作为DCS的DP接点,直接挂在DP总线上,而DCS的Profibus通信是对Modbus通信方式的补充,为异构系统之间的通信提供了一种新方案,当选择的系统支持Profibus时,可以考虑应用该方案,为系统之间的通信提供一条捷径,不需要任何硬件(普通Modbus通信,DCS需配置Modbus卡)。

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