王向義*，韓明

（1.唐山首信自動(dòng)化信息技術(shù)有限公司，河北唐山，063000；2.首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司設(shè)備部，河北唐山，063000)

西門(mén)子DCS 通訊技術(shù)在大型焦?fàn)t系統(tǒng)中的應(yīng)用

王向義1*，韓明2

（1.唐山首信自動(dòng)化信息技術(shù)有限公司，河北唐山，063000；2.首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司設(shè)備部，河北唐山，063000)

隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，一個(gè)大型規(guī)模工廠的各個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)已不再是獨(dú)立運(yùn)行的個(gè)體，它們之間都會(huì)有著各種聯(lián)系。傳統(tǒng)的以硬線信號(hào)為傳輸介質(zhì)的通訊方法已不再適應(yīng)大型自動(dòng)化控制系統(tǒng)，系統(tǒng)之間的通訊趨向于網(wǎng)絡(luò)化和集成化。本文主要針對(duì)西門(mén)子DCS通訊技術(shù)在焦?fàn)t系統(tǒng)中的應(yīng)用，簡(jiǎn)要的分析了各個(gè)DCS之間通訊工業(yè)以太網(wǎng)通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)快速、穩(wěn)定的通訊。

西門(mén)子；通訊；DCS；應(yīng)用

引言

目前，大型焦?fàn)t系統(tǒng)已不再是由單一的PLC或DCS系統(tǒng)來(lái)控制的自動(dòng)化系統(tǒng)，而是由分工明確一系列的DCS系統(tǒng)分工藝、分設(shè)備，來(lái)分別執(zhí)行特定的程序，并用以控制現(xiàn)場(chǎng)的電氣、儀表等設(shè)備，其各個(gè)系統(tǒng)之間聯(lián)系緊密，各種信息交互頻繁。

1 網(wǎng)絡(luò)

大型焦?fàn)t系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)已由原來(lái)的單一的、分散型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，發(fā)展成現(xiàn)有的統(tǒng)一的、集中型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其網(wǎng)絡(luò)形式也發(fā)展成目前比較可靠的“工業(yè)以太網(wǎng)”形式。普遍公認(rèn)的可靠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也是大型工廠普遍采用的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)形式為“環(huán)形網(wǎng)絡(luò)”結(jié)構(gòu)，其中“單環(huán)形網(wǎng)絡(luò)”結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中隨意一處設(shè)備或是傳輸介質(zhì)發(fā)生“斷點(diǎn)”，不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸，部分大型焦?fàn)t的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還會(huì)采用更為安全的“雙環(huán)形網(wǎng)絡(luò)”結(jié)構(gòu)，而“雙環(huán)形網(wǎng)絡(luò)”的優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)中隨意三處發(fā)生“斷點(diǎn)”，不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸。焦?fàn)t系統(tǒng)硬件配置及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

“工業(yè)以太網(wǎng)”的組建離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，其中“工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)”以其穩(wěn)定的性能、多種的報(bào)警提示功能，成為了多數(shù)企業(yè)搭建工業(yè)控制級(jí)網(wǎng)絡(luò)的首選。目前，市場(chǎng)上正在作用的工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的品牌有研華、西門(mén)子、華為、MOXA、赫思曼等，這類(lèi)的工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)分有不同的等級(jí)和應(yīng)用范圍，其有等級(jí)比較高的交換機(jī)型號(hào)都有“網(wǎng)絡(luò)管理型”交換機(jī)，這類(lèi)交換機(jī)可以管理“工業(yè)以太網(wǎng)”的數(shù)據(jù)傳輸，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)結(jié)點(diǎn)設(shè)備狀態(tài)的情況。

2 硬件

2.1 網(wǎng)絡(luò)硬件

在大型焦?fàn)t系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)采用光學(xué)交換機(jī)（OSM）和SCALANCE X系列高性能交換機(jī)兩種，其中SCALANCE X系列高性能交換機(jī)有網(wǎng)絡(luò)管理功能，交換機(jī)的供電采用雙電源供電，保證了工作電源的穩(wěn)定性，無(wú)論是OSM還是SCALANCE X，交換機(jī)上都有綜合報(bào)警干結(jié)點(diǎn)，可以接入DCS系統(tǒng)，隨時(shí)監(jiān)測(cè)交換機(jī)的狀態(tài)。另外通過(guò)PCS7軟件自帶的“監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)（Node結(jié)點(diǎn)）”的功能，也能方便的監(jiān)視整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的交換機(jī)狀態(tài)并能查看交換機(jī)的相關(guān)參數(shù)。

傳輸介質(zhì)材料的選用原則是遠(yuǎn)距離采用多膜光纖、交換機(jī)之間的環(huán)網(wǎng)連接采用光纖跳線、近距離連接PC機(jī)網(wǎng)卡或是CP通訊卡采用RJ45帶屏蔽層雙絞網(wǎng)線。

2.2 DCS硬件

出于安全和穩(wěn)定的角度考慮，大型焦?fàn)t的重要工段的 DCS系統(tǒng)普遍采用冗余DCS系統(tǒng)的形式。DCS側(cè)的網(wǎng)絡(luò)硬件主要是CP443以太網(wǎng)卡，對(duì)于一套冗余的S7-400H型來(lái)說(shuō)，至少需要配置2塊以太網(wǎng)卡進(jìn)行冗余通訊，部分工段由于其重要性可能會(huì)安裝4塊以太網(wǎng)卡，對(duì)網(wǎng)卡側(cè)進(jìn)行冗余硬件配制。CP443以太網(wǎng)卡的網(wǎng)口采用網(wǎng)絡(luò)形式到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的網(wǎng)口端。

3 軟件

3.1 軟件分析

大型焦?fàn)t系統(tǒng)中，軟件采用 SIMATIC PCS7 V7.1。以焦化Proven系統(tǒng)和焦?fàn)t外圍系統(tǒng)的通訊為例，分析軟件配置方法。首先，在 Proven系統(tǒng)的“組件視圖”中插入焦?fàn)t外圍系統(tǒng)的硬件配置（機(jī)架、CPU、通訊模塊）其型號(hào)和參數(shù)要和實(shí)物一致。

在SIMATIC PCS7軟件中的“NetPro”這個(gè)視圖中，保證兩個(gè)系統(tǒng)的CP通訊卡都在同一個(gè)以太網(wǎng)上。其中每個(gè)CP443模塊有兩個(gè)地址形式，IP和MAC地址形式選用一種，不可混用。

在焦化 Proven系統(tǒng)的“鏈接”表中插入新的連接，連接對(duì)象選焦?fàn)t外圍系統(tǒng)的CPU,類(lèi)型選用“S7 Connection fault-tolerant”,并勾選“Establish an active connection”,添入本地的連接ID號(hào)，如510，同時(shí)也把焦?fàn)t外圍系統(tǒng)的CPU的連接ID號(hào)也寫(xiě)成510。記錄下Proven系統(tǒng)連接側(cè)的“TSAP”號(hào)碼，這個(gè)地址是系統(tǒng)自動(dòng)生成的，不可由技術(shù)人員人為手動(dòng)修改，但其號(hào)碼要和焦?fàn)t外圍系統(tǒng)側(cè)的連接號(hào)碼一致，否則連接不可用。

Proven系統(tǒng)側(cè)建立好連接后，先保存再編輯，最后下載連接到CPU中，對(duì)于建立的冗余連接，下載連接時(shí)，只下載單個(gè)系統(tǒng)的連接，對(duì)方連接不要下載。對(duì)于焦?fàn)t外圍系統(tǒng)的連接，建立方式也是一樣的。下載完成后，可以在 NetPro這個(gè)視圖中對(duì)新建連接進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)視，點(diǎn)擊“在線監(jiān)視”，如果連接前端顯示綠色三角圖標(biāo)，則說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)設(shè)置成功。在“Configure Network”通訊鏈接界面如下圖2所示。

圖1 系統(tǒng)硬件配置及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

圖2 通訊鏈接界面

3.2 功能塊分析

在焦化Proven系統(tǒng)側(cè)在組件視圖中，建立兩個(gè)DB塊，分別作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)送塊和接收塊。在工廠視圖中，調(diào)用接收和發(fā)送CFC塊。其中“BSEND Sending”數(shù)據(jù)發(fā)送CFC塊，引腳REQ連接CPU的秒脈沖信號(hào)0.5Hz，每個(gè)上升沿觸發(fā)一次傳送，ID號(hào)寫(xiě)510，R_ID號(hào)寫(xiě)511，SD_1連接數(shù)據(jù)發(fā)送DB塊，為了監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)發(fā)送塊是否正常，可以通過(guò)引腳ERROR來(lái)監(jiān)控通訊狀態(tài)，引腳值為“0”代理數(shù)據(jù)發(fā)送正常；其中“BRCV Receiving”數(shù)據(jù)接收CFC塊，ID號(hào)寫(xiě)510，R_ID號(hào)寫(xiě)510，SD_1連接數(shù)據(jù)的接收DB塊；不管是“BSEND Sending”和“BRCV Receiving”塊，其引腳LEN是DB塊的地址尾數(shù)，代表發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，DB塊為十進(jìn)制，這里L(fēng)EN需要寫(xiě)入轉(zhuǎn)換后的十六進(jìn)制的格式。程序塊編程界面如下圖3所示。

圖3 程序塊編程界面

不管是“BSEND Sending”數(shù)據(jù)發(fā)送 CFC塊還是“BRCV Receiving”數(shù)據(jù)接收CFC塊，其ID號(hào)都要和“NetPro”這個(gè)視圖中的連接ID號(hào)相關(guān)，Proven系統(tǒng)側(cè)的發(fā)送CFC塊的ID號(hào)要和焦?fàn)t外圍系統(tǒng)的接收CFC塊ID相關(guān)聯(lián)。

在實(shí)際應(yīng)用中，“R_ID”引腳的數(shù)值修改后，需要在PCS7軟件中重新下載硬件、連接和程序，否則修改的數(shù)據(jù)值無(wú)效。

4 應(yīng)用效果

西門(mén)子DCS通訊技術(shù)在大型焦?fàn)t系統(tǒng)的應(yīng)用，效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）各個(gè)系統(tǒng)之間的主要信息的通訊采用硬線，但由于多個(gè)系統(tǒng)之間的距離很遠(yuǎn)，采用SIMATIC通訊技術(shù)可以大大節(jié)省硬件模塊的使用數(shù)量，其中 Proven系統(tǒng)、焦?fàn)t外圍系統(tǒng)、四大機(jī)車(chē)的地面協(xié)調(diào)系統(tǒng)、Bleeder系統(tǒng)等、煤氣凈化鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，之間都有大量的工藝數(shù)據(jù)通訊并且部分?jǐn)?shù)據(jù)之間有著重要的工藝、工序連鎖關(guān)系；

（2）采用通訊技術(shù)可有效避免因電纜傳輸而造成的干擾，同時(shí)也節(jié)省了因敷設(shè)電纜而需要的人力、物力和財(cái)力；

（3）各個(gè)系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)可以共享，包括調(diào)度、操作員、廠長(zhǎng)、指揮數(shù)據(jù)中心都可以根據(jù)需要從專(zhuān)用上位數(shù)據(jù)畫(huà)面查看相關(guān)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

西門(mén)子DCS通信技術(shù)在大型焦?fàn)t系統(tǒng)中的應(yīng)用，提高了焦化公司自動(dòng)化設(shè)備的綜合利用率，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及安全性，并在實(shí)踐中取得了良好的效果。

[1]廖常初,S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)(第二版),機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[2]劉建昌,S7-300400PLC工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)指南,機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

[3]王志偉,王秀娟,朱云朋,等. 協(xié)調(diào)PLC系統(tǒng)在焦?fàn)t生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].電工技術(shù),2014,07： 61-62.

[4]王志偉,王秀娟,朱云朋,等. 西門(mén)子 PCS7在焦?fàn)t加熱交換系統(tǒng)上的應(yīng)用[A]. 全國(guó)冶金自動(dòng)化信息網(wǎng)、《冶金自動(dòng)化》雜志社. 全國(guó)冶金自動(dòng)化信息網(wǎng) 2015年會(huì)論文集[C]. 全國(guó)冶金自動(dòng)化信息網(wǎng)、《冶金自動(dòng)化》雜志社,2015,4.

[5]王志偉,王秀娟. 西門(mén)子PCS7過(guò)程控制系統(tǒng)在7.63m焦?fàn)t控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 首鋼科技,2016,04： 47-50.

Application of SIEMENS DCS Communication Technology In Large Coke Oven System

WANG Xiangyi1*,HAN Ming2
（1. Tangshan Capitel Automation Information Technology Co.,Ltd.,Hebei Tangshan,063000,China; 2.Shougang Jingtang Iron & Steel Co.,Ltd.Equipment Department,Hebei Tangshan,063000,China）

With the development of industrial automation technology,a large-scale factory automation system is no longer independent of the individual,they will have a variety of links. The traditional communication method with hard line signal as transmission medium is no longer suitable for large-scale automatic control system. The communication between systems tends to be networked and integrated. This paper mainly focuses on the application of Siemens DCS communication technology in coke oven system,and briefly analyzes the communication between each DCS communication industry ethernet communication technology to realize the fast and stable data between systems.

SIEMENS; Communication; DCS; Application

TK323

A

1672-9129(2017)06-0083-03

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.06.029

王向義,韓明. 西門(mén)子DCS通訊技術(shù)在大型焦?fàn)t系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 數(shù)碼設(shè)計(jì),2017,6(6)： 83-85.

Cite：WANG Xiangyi,HAN Ming. Application of SIEMENS DCS Communication Technology In Large Coke Oven System[J]. Peak Data Science,2017,6(6)： 83-85.

2017-02-09；

2017-03-06。

王向義(1982-)，本科，工程師，從事PLC、DCS的編程調(diào)試及現(xiàn)場(chǎng)自控設(shè)備的維護(hù)管理工作。

Email：626499335@qq.com