横河DCS与西门子PLC的数据通讯设计与实现

殷倩倩

（山信软件莱芜分公司，山东莱芜，271104）

0 引言

莱钢焦化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。

焦油深加工项目中央控制系统采用横河CS3000 DCS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。

管式炉等子系统采用西门子S7-300 PLC控制系统， PLC与上位机之间采用的通讯方式为工业以太网，通讯介质为双绞线。

1 通讯的分析与设计

随着焦化厂人员逐年减少，各车间岗位整合，不同系统集中监控，不同系统间连锁控制逐年增多，实现各系统间通讯变得尤为重要目前焦化厂共有横河DCS系统30余套西门子PLC60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。焦化厂要实现系统间通讯资源共享存在以下难点。

（1）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。（2）每个系统支持的通讯接口与协议各有不通。（3）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。（4）各系统对数据要求各不相同，建立数据库结构过于复杂。（5）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。（6）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、WorldFIP现场总线、P- NET、 LON 总线、基金会现场总线（ FF）、 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。

为实现莱钢焦化厂横河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 System configutator可以实现这个功能。

[23]Judea Pearl, “Theoretical Impediments to Machine Learning with Seven Sparks from the Causal Revolution”, Jan.11, 2018, https://arxiv.org/abs/1801.04016.

（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 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System Configurator（Hilscher公司编程软件）进行整合。

（1）配置硬件

图1 硬件配置

（2）软件配置

此通讯设计是由CS3000 R3.08（横河DCS组态软件）、LFS2540（DCS PROFIBUS通讯软件包）、step7 5.5（西门子PLC编程软件）、System Configurator（Hilscher公司的编程软件）、Windows XP（操作系统）五大系统相互联系配合实现的。

（3）网络组态

在横河DCS和西门子PLC中设置好整个Profibus-DP网络的配置，包括网络波特率、主从站地址以及主从关系表等参数。在第三方软件数据通讯软件上，进行组态。在工作人员的配合设置下，形成整个Profibus-DP网络的配置，包括网络波特率、主从站地址以及主从关系表等参数。在第三方软件数据通讯软件上，进行组态。实时组态有以下操作：

①首先通讯软件上定义参数（System Configurator）

打开编程软件从slave Configuration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2配置。

图2 slave Configuration配置

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

③将从System Configurator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3 定义通讯地址

3 结束语

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，保证了生产的顺利进行。