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摘要：本文以凈化水裝置浙江中控JX-300XP系統和西門子S7-300系統間通訊為對象，介紹了DCS與PLC之間的PROFIBUS-DP通訊協議，結合具體應用實例，給出了較為詳細的硬件連接及軟件組態方案。

概述：

工業自動化根據生產過程的特點可分為過程控制自動化和制造工業自動化以及各種自動化測量系統。其中，過程控制自動化以流程工業為對象，一般選用集散型計算機控制系統（DCS）；制造工業自動化以離散型制造過程為對象，采用可編程控制器（PLC）更為合適；混合型制造業自動化則以冶金、食品、紡織為對象，以DCS和PLC混合使用最好，工業自動化正是對這些不同的工業對象發展相應的控制技術。

PLC和DCS在早期開發時，PLC是由電氣技術員開發的，用計算機的邏輯運算代替繼電器邏輯。DCS是由儀表技術員開發的，它在運算放大器的基礎上用計算機的模擬運算代替運放的模擬運算。這兩者所研究的內容不同，后來兩者都有所改進，PLC增加了模擬量的運算，DCS開發了邏輯運算。但兩者在新開發的部分都存在有一些缺陷：PLC開發的模擬量運算功能塊少，編程較為復雜，價格也比較昂貴；DCS開發的邏輯運算一個與非門的運算需要幾十毫秒，而PLC只要零點幾毫秒。在現代大部分工業企業中，采用多種品牌的DCS和PLC產品是非常普遍存在的現狀，利用網絡使DCS與PLC得到充分整合的，二者發揮各自優點，可以使控制系統更加靈活，更加可靠。

濟南煉油廠凈化水裝置DCS控制系統采用浙江中控JX-300XP系統，三相分離及一體化設備控制采用獨立的西門子S7-300PLC系統，并通過PROFIBUS-DP通訊協議與JX-300XP系統進行參數通訊。

Profibus通訊協議簡介

目前DCS在石化企業中應用相當廣泛，但在某些場合，比如開關量較多、安全可靠性要求不是很高、信號比較集中的設備，單純依靠DCS并不是最佳選擇，通過PLC和DCS相結合的方法通常能夠取得更好的效果。這種情況下，DCS已不僅需要完成控制和操作的功能，在很大程度上還要整合各輔助系統的運行信息和生產數據，并將這些數據提供給操作人員和管理者。如何實現DCS系統與第三方系統間的通訊以進行數據交換，越來越被更多的用戶重視和廣泛應用。

PROFIBUS是一種具有國際化、開放化以及不依賴生產商的現場總線標準，它廣泛應用于自動化工業領域，是目前世界上最成功的現場總線之一，具有很高的實時性，以及較高的安全性和穩定性。PROFIBUS提供了三種通信協議類型，分別為PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA。PROFIBUS-FMS由于配置和編程比較繁瑣，已逐漸有被淘汰的趨勢。PROFIBUS-PA主要用于過程自動化和比較苛刻的工業環境，同時它是一種低速傳輸。PROFIBUS-DP是一種高速低成本的通信方式，主要用于現場分布式設備的通信，可以很好地滿足網絡通信要求。網絡結構采用總線網絡拓撲結構。它具有所需電纜數量少，結構簡單，無源工作，可靠性高以及易于擴充等優點。因此十分符合濟南煉油廠凈化水裝置現場控制實際情況的需求。

JX-300XP通訊硬件配置

3.1Profibus-DP主站接口卡

凈化水主控制系統采用浙江中控JX-300XP系統，以XP239-DP通訊卡作為SUPCONDCS與PROFIBUS-DP的接口，在PROFIBUS-DP中以主站形式存在。它解決了系統與其他異構系統間的通訊問題，用于將標準PROFIBUS-DP從站設備連入JX-300XP系統。通過SCNetⅡ站間通訊協議，其他廠家測控系統和智能設備的過程參數可成功地與系統內控制站、操作站等進行信息雙向通信，使異構設備成為SUPCONDCS的一部分。PROFIBUS-DP主站接口卡在控制系統中的連接如圖3-1所示。

圖1PROFIBUS-DP主站接口卡連接示意圖

XP239-DP與端子板TB239A-DP一起由外殼封裝后使用，外殼背面有兩個DB9接口，分別是診斷接口和PROFIBUS-DP總線接口。封裝后的PROFIBUS-DP主站接口卡如圖3-2所示。

圖2封裝后的PROFIBUS-DP主站接口卡

3.2PROFIBUS-DP總線連接

PROFIBUS-DP網絡采用總線型拓撲結構，如圖3-3所示。

圖3PROFIBUS-DP網絡采用總線型拓撲結構

PROFIBUS-DP的總線速度從9.6k~12M可調，同一時刻總線上所有站點必須使用同樣的通信速率。在不同的速率下，單段總線可以傳輸的最長距離有所不同，具體如下表所示。

表1不同速率單段總線傳輸的最長距離

當PROFIBUS-DP的一個總線段超過上表距離時，可以使用RS-485中繼器擴展總線段。一個PROFIBUS-DP網絡最多可以使用4個RS-485中繼器。

S7-300硬件配置

凈化水裝置中的三相分離及一體化設備控制采用西門子S7-300系列，這是一種中型PLC系統，具有模塊化擴展功能，設計緊湊。其CPU集成了各種中斷處理能力，如時間中斷，報警中斷等。CPU具體選擇型號為CPU313-2DP（圖4-1），三相分離設備DP通訊通過連接集成在CPU上的DP口完成，一體化設備因CPU上的DP口被用于連接兩臺變頻器，故通訊功能通過增加CP342-5（圖4-2）模塊來完成，兩套設備均作為從站連入JX-300XP系統。

系統組態

本節以濟南煉油廠凈化水裝置DCS控制系統與三相分離、一體化PLC系統間通訊為例，介紹JX-300XP與S7-300的通訊組態及編程。

5.1S7-300PLC系統組態

本節將介紹如何將S7-300CPU使用PROFIBUS通信模塊CP342-5和XP239-DP連入系統。這里CP342-5作為PROFIBUS-DP從站，XP239-DP作為PROFIBUS-DP主站。

打開Step7系統配置軟件，添加相應的機架、電源模塊、CPU模塊、I/O模塊。在10號槽位添加CP342-5模塊，如圖4所示。 

雙擊CP342-5模塊，設置CP342-5的PROFIBUS地址，如圖5所示

采用CP342-5進行PROFIBUS通訊包括兩個步驟：1.CPU將數據傳輸到CP通訊卡的數據寄存器當中；2.數據從CP342-5的數據寄存器當中寫到PROFIBUS從站的Output數據區，必須手動地調用功能塊FC1（”SEND”）和FC2（”RECV”），完成CP342-5與CPU之間的數據交換。

1、參數化FC1和FC2的參數

DP_SEND(FC1)功能塊的"SEND"參數是需要定義的一個數據區，該數據區是CPU發送給XP239-DP的數據源。同樣，DP_RECV(FC2)功能塊的"RECV"參數定義的是將XP239-DP發送來的數據存放在CPU的某個數據地址區（如圖5-3所示）

"DP_SEND"功能塊包括有"DONE"，"ERROR"和"STATUS"三個參數，用來指示數據傳輸的狀態和成功與否。"DP_RECV"功能塊包括有"NDR","ERROR","STATUS"和"DPSTATUS"四個參數，用來指示數據傳輸的狀態和成功與否。當Error＝False，STATUS＝0，DONE=True，NDR＝True時，說明CPU與CP342-5之間的數據交換成功進行。

5.2JX-300XPDCS系統組態

5.2.1組態前期準備工作

首先在工程師站上安裝PROFIBUS-DP主站接口卡上位機軟件補丁及Sycon軟件，安裝結束后可以通過注冊激活SyCon的全部功能，否則只能配置由一個主站和一個從站構成的系統。隨后啟動SyCon軟件進行Profibus通訊配置，創建文件、添加GSD文件、添加主站、添加從站時的組態需要和在Step7中調用FC1和FC2時定義的輸入輸出數據長度一致，最后可開啟調試模式，觀察各個站的運行情況。

在JX-300XP通訊組態中，首先對主站接口卡進行組態，配置PROFIBUS-DP主站接口卡控制周期和地址（設為128.128.1.4）。

選擇PROFIBUS-DP主站接口卡，點擊菜單“總體信息\配置DP組態”，選擇相應配置DP文件，添加DP文件中的組態形成樹，然后就可以對里面的各個模塊進行位號配置組態。DP組態完成后，點擊“DP組態下載”菜單項將組態文件加載到主站接口卡中。 

總結

凈化水裝置DCS改造后，PLC與DCS通訊性能穩定，技術可靠，使用效果良好，較好的實現了工藝對控制系統的需求。