多PLC通讯在烟化炉DCS系统中的应用

多PLC通讯在烟化炉DCS系统中的应用

姓名：焦伊琛

单位：深圳市中金岭南有色金属股份有限公司工程技术管理中心

省市：广东省韶关市

邮编：512000

摘要：韶关冶炼厂烟化炉DCS系统基于罗克韦尔（AB）公司的ControlLogix系列PLC开发完成。本文以烟化炉DCS系统与其多个子系统的通讯为框架，浅析烟化炉DCS系统中ControlLogix系列PLC与西门子系列PLC的通讯构架和实现原理。烟化炉DCS系统在上线后完全符合工艺和现场过程控制要求，并在工厂内多PLC通讯方面实现技术突破，大幅降低控制系统操作复杂度，提高员工工作效率。

关键词：烟化炉DCS  ControlLogix控制系统  多PLC通讯

Application of multi-PLC communication in DCS system of fuming furnace

Abstract:The DCS system of the fumigation furnace in Shaoguan Smelter is developed based on Rockwell (AB) ControlLogix series PLC.Based on the communication between the DCS system of the fuming furnace and its multiple subsystems, this paper analyzes the communication structure and realization principle of the ControlLogix series PLC and Siemens series PLC in the DCS system of the fuming furnace.The fuming furnace DCS system fully compliance with the requirements of process and field process control after being put on line,and achieve technical breakthroughs in multi-PLC communication ,greatly reduce the complexity of control system operation and improve the work efficiency of employees.

Keywords: DCS system of fuming furnace   ControlLogix Control system  Multi-plc communication

一、背景

烟化炉是有色金属行业中重要的冶金设备之一，可直接对熔渣进行处理，并从中分离出锌、铅、铟、锗等金属，烟化炉运行过程中通常采用粉煤作为还原剂和燃料，同时运用鼓风机将粉煤伴随空气吹入烟化炉中进行还原吹炼，在高温还原过程中熔渣中的铅、锌等金属被还原出来，被再度氧化后在收尘设备中以烟尘形态被收集，便于进一步进行提取和利用。

韶关冶炼厂烟化炉DCS系统是以罗克韦尔（AB）公司的ControlLogix系列PLC为基础，通过多PLC通讯技术，实现对粉煤输送、主鼓风机等各个子系统设备的远程控制，进而实现对整套系统及设备的实时控制。

二、系统组成

2.1 系统硬件组成

烟化炉DCS系统基于罗克韦尔(AB)公司的ControlLogix控制系统开发完成，

系统核心由两台冗余控制器1756-L82E组成，系统整体硬件构架由两个本地站和三个远程站组成，通讯网络硬件采用双Ethernet/IP设备，为远程站和第三方同通讯设备提供接口并组成双环网，上位机通讯采用两个非管理型交换机与控制器通讯形成冗余网络。为与其他子系统进行通讯，DCS系统采用第三方通讯组件与主系统进行连接，形成两个子系统环网，以保证系统整体的高可靠性。

系统结构如下图：

系统结构图

2.2系统软件结构

烟化炉DCS软件部分主要由几部分组成，LogixDesigner、FTView Studio、FTView SE和RSlinx。系统软件结构如图所示：

系统软件结构

LogixDesigner作为系统组态软件功能强大，在组态过程中可对系统整体进行编辑，支持多种通讯协议，可在线对远程站中的I\O点进行更改，同时具有庞大的功能库和函数库，支持自定义函数和变量类型。自定义函数和变量类型功能在烟化炉DCS系统中大量使用，为系统开发和后期维护提供诸多便利。

系统操作员和工程师站客户端FTView SE由FTView Studio开发完成，该软件集成了最新的罗克韦尔产品的FactoryTalk底层通讯和数据服务架构，还可利用高性能的网络接口和OPC技术同时挂接众多第三方的DCS系统和网络进行通讯。烟化炉DCS操作员站采用基于网络的本地分布模式，站点之间相互独立，保证一台或多台操作站宕机的情况下系统仍然受控。

RSlinx作为通讯管理软件为LogixDesigner和FTView Studio以及现场设备提供通讯服务。RSlinx支持DDE、OPC通讯，可用于处理器与MMI和组件软件之间进行通讯，也可以兼容其他罗克韦尔过程控制软件。

三、通讯架构

3.1 DCS系统通讯架构

烟化炉DCS系统硬件上包括两个本地站和三个远程站，本地站与远程站之间的通讯采用多模光纤进行连接，运用光纤信号将整个DCS系统硬件组成环网。光纤信号在本地站经过光纤转换器转换为TCP/IP通讯信号，经过交换机和Ethernet/IP卡件将信号传到上位机，由通讯软件RSlinx进行管理。LogixDesigner和FTView Studio通过RSlinx的组态，获取对应站点的固定IP地址实现相应卡件点位的编辑。

DCS系统通讯架构

3.2 其他子系统通讯架构

由于工艺管理和设备过程控制需要，DCS系统需要与多个子系统进行通讯，考虑到烟化炉工艺对过程控制的严格要求，各子系统和DCS系统之间采用DP环网和TCP环网、OPC服务等方式进行通讯。

DP环网中包含数个子系统。由于各个子系统所在位置距离烟化炉本体较远，为了保证与子系统的通讯快速稳定，采用Profibus DP协议组成通讯环网。DP环网中的站点采用多模光纤进行连接，各个站点中增加Profibus DP光电转换器，将光信号转换为DP信号，通过各子系统DP通讯模块连接控制器实现环网通讯。

TCP环网中的子系统均为控制烟化炉工艺中的重要设备和重要工艺流程，因此采用技术成熟和容错率高的TCP方式通讯。TCP环网中系统之间仍采用光纤进行连接，并在各系统站点增加光电转换器，将光信号转换为TCP信号接入到子系统中，实现各个站点之间的实时通讯。

双环网与DCS系统在本地站建立通讯时采用不同方式。DP环网采用HMS公司的Anybus模块，将光电转换器输出的DP信号转换为TCP/IP协议信号，通过自带的以太网接口与DCS系统建立连接。TCP环网则采用转控制器的方式，将子系统的TCP信号接入罗克韦尔的小型控制中，经过转换和编译后接入DCS系统。

两种通讯方式如下图（1）、（2）

（1）DP环网通讯示意图

（2）TCP环网通讯示意图

相较于DP环网通讯，TCP通讯在此系统中有明显优点，其优点在于方便快捷的架设能力、良好的兼容性和高容错率，这些优点大大降低过程控制中通讯错误可能出现的概率，保证了系统稳定可靠。

四、与西门子PLC通讯实现

在烟化炉DCS系统中，实现DCS系统与西门子PLC通讯的案例较多，以下以粉煤喷吹系统为例。

4.1 粉煤喷吹与DCS系统通讯构架

烟化炉粉煤喷吹系统采用西门子1500PLC作为系统控制器，其通讯使用CPU自带的以太网接口，经过TCP信号转换器将信号转换为光信号后，通过光纤传输到DCS系统本地站的AB Micro820控制器，并在micro820控制器进行数据转换进而实现通讯。

粉煤喷吹系统构架图

4.2 AB Micro820与Modbustcp通讯

罗克韦尔Micro820控制器专门为小型独立机器和远程自动化项目设计，内置以太网端口和串行端口，该控制器支持Modbus RTU和TCP，可用作远程机器的RTU，支持4个热敏电阻温度输入，内置microSD卡槽用于存储大单元数据和提供数据日志和配方的应用使用。

Micro820控制器

Modbus是一种工业现场总线协议标准，Modbus协议是一项应用层报文传输协议，其内容包含ASCII、RTU、TCP三种报文类型，物理层接口RS232、RS422、RS485和以太网口，并采用主从站的方式通讯。

粉煤喷吹控制系统在环网中与烟化炉DCS通讯时，作为通讯从站进行设置，通讯时，将主站和需要远程控制的设备数据在本地进行数据转换，对相应的地址和通讯变量进行赋值，按照通讯协议格式进行发送。

Micro820控制器作为主站，对需要通讯的数据进行定时采集并转换和赋值。

通讯成功后利用RSlinx对820控制器进行组态，在同一局域网内使用ControlLogix编程软件或Factorytalk直接对820控制器内的数据进行读取。

五、总结

烟化炉DCS系统与西门子PLC通讯实现和应用是韶关冶炼厂内多PLC通讯技术方面的一个典型案例，该方案的成功实用大大降低多系统操作的不便和复杂度，减轻工人劳动强度，同时也将将韶冶厂的过程控制和自动控制技术推向一个新的高度，为韶冶厂的自动化、智能化发展打下坚实基础。

参考文献

[1] AB-ControlLogix 5000 与 SIMATIC S7-200PLC 之间通讯数据处理方法 [J].甘肃冶金,2015,37（2）:142-145.

[2]西门子与AB数据通讯在过滤自动控制系统中的应用 [R].第二十二届川鲁冀晋琼粤辽七省矿业学术交流会:2015.

[3]AB-PLC 在输煤系统中的应用 [J].世界有色金属,2016,(12):227-229.