异构控制系统之间数据通信的新方法

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）。

［1］韦格曼，基利恩.西门子Profibus工业通信指南［M］.2版.闫志强，译.北京：人民邮电出版社，2007.

［2］崔兰超，阮晓飞，李凤霞.基于Modbus协议的DCS与变频器的通信设计与实现［J］.化工自动化及仪表，2013，40（06）：798－801.

［3］崔坚.西门子工业网络通信指南（上册）［M］.北京：机械工业出版社，2005.

［4］崔坚.西门子工业网络通信指南（下册）［M］.北京：机械工业出版社，2005.

［5］罗红福.Profibus－DP现场总线工程应用实例解析［M］.北京：中国电力出版社，2008.

［6］廖常初.西门子工业通信网络组态编程与故障诊断［M］.北京：机械工业出版社，2009.

［7］管新峰，杜传涛.基于Modbus协议实现焦炉气制甲醇DCS与PLC通信［J］.化工自动化及仪表，2011，38（09）：1138－1139.

［8］高勇.Modbus通信协议在生产中的应用［J］.石油化工自动化，2008，44（05）：93－94.

［9］刘鹏.DCS与西门子PLC通信的实现与故障探究［J］.仪表世界，2012（04）：52－54.

［10］廖声立.利用Modbus通信实现对现场PLC系统的远程控制［J］.化工自动化及仪表，2011，38（10）：1269－1271.

［11］云苏和，陈健，刘彦芳，等.JX－300XP和S7－300PLC的数据通信［J］.化工自动化及仪表，2011，38（08）：1023－1024.