关注我们:新浪微博腾讯微博QQ空间
首页 > 技术 > 智能制造

DCS与PLC通讯在净化水装置控制系统中的应用

文: 中国石化股份公司济南分公司 唐磊 | 2019年第三期 (0) | (0)

摘要:本文以净化水装置浙江中控JX-300XP系统和西门子S7-300系统间通讯为对象,介绍了DCS与PLC之间的PROFIBUS-DP通讯协议,结合具体应用实例,给出了较为详细的硬件连接及软件组态方案。

概述:

工业自动化根据生产过程的特点可分为过程控制自动化和制造工业自动化以及各种自动化测量系统。其中,过程控制自动化以流程工业为对象,一般选用集散型计算机控制系统(DCS);制造工业自动化以离散型制造过程为对象,采用可编程控制器(PLC)更为合适;混合型制造业自动化则以冶金、食品、纺织为对象,以DCS和PLC混合使用最好,工业自动化正是对这些不同的工业对象发展相应的控制技术。

PLC和DCS在早期开发时,PLC是由电气技术员开发的,用计算机的逻辑运算代替继电器逻辑。DCS是由仪表技术员开发的,它在运算放大器的基础上用计算机的模拟运算代替运放的模拟运算。这两者所研究的内容不同,后来两者都有所改进,PLC增加了模拟量的运算,DCS开发了逻辑运算。但两者在新开发的部分都存在有一些缺陷:PLC开发的模拟量运算功能块少,编程较为复杂,价格也比较昂贵;DCS开发的逻辑运算一个与非门的运算需要几十毫秒,而PLC只要零点几毫秒。在现代大部分工业企业中,采用多种品牌的DCS和PLC产品是非常普遍存在的现状,利用网络使DCS与PLC得到充分整合的,二者发挥各自优点,可以使控制系统更加灵活,更加可靠。

济南炼油厂净化水装置DCS控制系统采用浙江中控JX-300XP系统,三相分离及一体化设备控制采用独立的西门子S7-300PLC系统,并通过PROFIBUS-DP通讯协议与JX-300XP系统进行参数通讯。

Profibus通讯协议简介

目前DCS在石化企业中应用相当广泛,但在某些场合,比如开关量较多、安全可靠性要求不是很高、信号比较集中的设备,单纯依靠DCS并不是最佳选择,通过PLC和DCS相结合的方法通常能够取得更好的效果。这种情况下,DCS已不仅需要完成控制和操作的功能,在很大程度上还要整合各辅助系统的运行信息和生产数据,并将这些数据提供给操作人员和管理者。如何实现DCS系统与第三方系统间的通讯以进行数据交换,越来越被更多的用户重视和广泛应用。

PROFIBUS是一种具有国际化、开放化以及不依赖生产商的现场总线标准,它广泛应用于自动化工业领域,是目前世界上最成功的现场总线之一,具有很高的实时性,以及较高的安全性和稳定性。PROFIBUS提供了三种通信协议类型,分别为PROFIBUS-FMS,PROFIBUS-DP,PROFIBUS-PA。PROFIBUS-FMS由于配置和编程比较繁琐,已逐渐有被淘汰的趋势。PROFIBUS-PA主要用于过程自动化和比较苛刻的工业环境,同时它是一种低速传输。PROFIBUS-DP是一种高速低成本的通信方式,主要用于现场分布式设备的通信,可以很好地满足网络通信要求。网络结构采用总线网络拓扑结构。它具有所需电缆数量少,结构简单,无源工作,可靠性高以及易于扩充等优点。因此十分符合济南炼油厂净化水装置现场控制实际情况的需求。

JX-300XP通讯硬件配置

3.1Profibus-DP主站接口卡

净化水主控制系统采用浙江中控JX-300XP系统,以XP239-DP通讯卡作为SUPCONDCS与PROFIBUS-DP的接口,在PROFIBUS-DP中以主站形式存在。它解决了系统与其他异构系统间的通讯问题,用于将标准PROFIBUS-DP从站设备连入JX-300XP系统。通过SCNetⅡ站间通讯协议,其他厂家测控系统和智能设备的过程参数可成功地与系统内控制站、操作站等进行信息双向通信,使异构设备成为SUPCONDCS的一部分。PROFIBUS-DP主站接口卡在控制系统中的连接如图3-1所示。

图 1 PROFIBUS-DP 主站接口卡连接示意图.png 

图1PROFIBUS-DP主站接口卡连接示意图

XP239-DP与端子板TB239A-DP一起由外壳封装后使用,外壳背面有两个DB9接口,分别是诊断接口和PROFIBUS-DP总线接口。封装后的PROFIBUS-DP主站接口卡如图3-2所示。

图 2 封装后的 PROFIBUS-DP 主站接口卡.png 

图2封装后的PROFIBUS-DP主站接口卡

3.2PROFIBUS-DP总线连接

PROFIBUS-DP网络采用总线型拓扑结构,如图3-3所示。

图 3 PROFIBUS-DP 网络采用总线型拓扑结构.png 

图3PROFIBUS-DP网络采用总线型拓扑结构

PROFIBUS-DP的总线速度从9.6k~12M可调,同一时刻总线上所有站点必须使用同样的通信速率。在不同的速率下,单段总线可以传输的最长距离有所不同,具体如下表所示。

表 1 不同速率单段总线传输的最长距离.png

表1不同速率单段总线传输的最长距离

当PROFIBUS-DP的一个总线段超过上表距离时,可以使用RS-485中继器扩展总线段。一个PROFIBUS-DP网络最多可以使用4个RS-485中继器。

S7-300硬件配置

净化水装置中的三相分离及一体化设备控制采用西门子S7-300系列,这是一种中型PLC系统,具有模块化扩展功能,设计紧凑。其CPU集成了各种中断处理能力,如时间中断,报警中断等。CPU具体选择型号为CPU313-2DP(图4-1),三相分离设备DP通讯通过连接集成在CPU上的DP口完成,一体化设备因CPU上的DP口被用于连接两台变频器,故通讯功能通过增加CP342-5(图4-2)模块来完成,两套设备均作为从站连入JX-300XP系统。

系统组态

本节以济南炼油厂净化水装置DCS控制系统与三相分离、一体化PLC系统间通讯为例,介绍JX-300XP与S7-300的通讯组态及编程。

5.1S7-300PLC系统组态

本节将介绍如何将S7-300CPU使用PROFIBUS通信模块CP342-5和XP239-DP连入系统。这里CP342-5作为PROFIBUS-DP从站,XP239-DP作为PROFIBUS-DP主站。

打开Step7系统配置软件,添加相应的机架、电源模块、CPU模块、I/O模块。在10号槽位添加CP342-5模块,如图4所示。 

双击CP342-5模块,设置CP342-5的PROFIBUS地址,如图5所示

CP3通讯模块.png 

采用CP342-5进行PROFIBUS通讯包括两个步骤:1.CPU将数据传输到CP通讯卡的数据寄存器当中;2.数据从CP342-5的数据寄存器当中写到PROFIBUS从站的Output数据区,必须手动地调用功能块FC1(”SEND”)和FC2(”RECV”),完成CP342-5与CPU之间的数据交换。

1、参数化FC1和FC2的参数

DP_SEND(FC1)功能块的"SEND"参数是需要定义的一个数据区,该数据区是CPU发送给XP239-DP的数据源。同样,DP_RECV(FC2)功能块的"RECV"参数定义的是将XP239-DP发送来的数据存放在CPU的某个数据地址区(如图5-3所示)

 模块地址.png

"DP_SEND"功能块包括有"DONE","ERROR"和"STATUS"三个参数,用来指示数据传输的状态和成功与否。"DP_RECV"功能块包括有"NDR","ERROR","STATUS"和"DPSTATUS"四个参数,用来指示数据传输的状态和成功与否。当Error=False,STATUS=0,DONE=True,NDR=True时,说明CPU与CP342-5之间的数据交换成功进行。

5.2JX-300XPDCS系统组态

5.2.1组态前期准备工作

首先在工程师站上安装PROFIBUS-DP主站接口卡上位机软件补丁及Sycon软件,安装结束后可以通过注册激活SyCon的全部功能,否则只能配置由一个主站和一个从站构成的系统。随后启动SyCon软件进行Profibus通讯配置,创建文件、添加GSD文件、添加主站、添加从站时的组态需要和在Step7中调用FC1和FC2时定义的输入输出数据长度一致,最后可开启调试模式,观察各个站的运行情况。

在JX-300XP通讯组态中,首先对主站接口卡进行组态,配置PROFIBUS-DP主站接口卡控制周期和地址(设为128.128.1.4)。

选择PROFIBUS-DP主站接口卡,点击菜单“总体信息\配置DP组态”,选择相应配置DP文件,添加DP文件中的组态形成树,然后就可以对里面的各个模块进行位号配置组态。DP组态完成后,点击“DP组态下载”菜单项将组态文件加载到主站接口卡中。 

总结

净化水装置DCS改造后,PLC与DCS通讯性能稳定,技术可靠,使用效果良好,较好的实现了工艺对控制系统的需求。



发表评论

网友评论仅供其表达个人看法,并不表明控制与传动周刊同意其观点或证实其描述

杂志订阅

填写邮件地址,订阅精彩资讯:

杂志目录

更多往期杂志

关注我们:

新浪微博腾讯微博QQ空间

友情链接:

纸质杂志

给我们写信