Modbus轉(zhuǎn)ProfiBUS網(wǎng)關(guān)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用方法

案例簡介：

? ? ? 在設(shè)計(jì)某電力自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，需要將繼電保護(hù)裝置的參數(shù)讀取到西門子S7-400 PLC?中，并集成到SCADA監(jiān)控系統(tǒng)中，參與實(shí)際的連鎖控制。繼電保護(hù)裝置提供RS-485?通訊接口，其通訊協(xié)議為Modbus RTU協(xié)議。為了實(shí)現(xiàn)Modbus RTU?協(xié)議到PROFIBUS協(xié)議的轉(zhuǎn)換，本設(shè)計(jì)將西門子PLC S7-400?作PROFIBUS?主站，應(yīng)用遠(yuǎn)創(chuàng)智控生產(chǎn)的YC-MDPB-001網(wǎng)關(guān)，和 Modbus?從站通訊，然后通過遠(yuǎn)創(chuàng)智控生產(chǎn)的 PLC?轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊MPI-ETH-YC01、現(xiàn)場總線模塊連接到企業(yè)SCADA?系統(tǒng)中，使二者得到完美的結(jié)合。

工具/原料

Modbus轉(zhuǎn)ProfiBUS網(wǎng)關(guān)YC-MDPB-001一臺(tái)

西門子400PLC一臺(tái)

以太網(wǎng)模塊MPI-ETH-YC01一臺(tái)

繼電保護(hù)系統(tǒng)一套

配置方法：

第一步：查看如下圖表遙信信息點(diǎn)通訊的數(shù)據(jù)?

第二步：了解繼電保護(hù)系統(tǒng)?

本電力系統(tǒng)電站裝機(jī)容量為 6MW。其主接線為一機(jī)一變兩回線，變壓器為電壓變比 10/6.3kV?的雙圈變壓器。電站 10kV?出線兩回至用戶站。?

本繼電保護(hù)系統(tǒng)的主要監(jiān)測對象包括:一臺(tái)發(fā)電機(jī)組、一臺(tái)主變壓器、兩回 10kV?出線、400V?廠用變;保護(hù)對象包括電站的發(fā)電機(jī)、變壓器、10kV?出線。該繼電保護(hù)系統(tǒng)提供一智能通訊服務(wù)器，其功能是將許繼設(shè)備的通訊規(guī)約轉(zhuǎn)換為MODBUS?規(guī)約，預(yù)留RS-485?通訊接口與CP340?進(jìn)行通訊。通訊的數(shù)據(jù)量包括遙信信息點(diǎn)(功能碼 02，起始查詢地址 0):YX1～YX36，祥見表 1。遙測信息點(diǎn)(功能碼 03，起始查詢地址 0)YC1～YC18， 祥見表 2。?

表 2?遙測信息點(diǎn)通訊的數(shù)據(jù)

第三步：了解通訊系統(tǒng)

通訊系統(tǒng)的構(gòu)成?

在本自動(dòng)控制系統(tǒng)中，將西門子S7-400 PLC?作PROFIBUS?主站，ET 200M?和遠(yuǎn)創(chuàng)智控YC-MDPB-001?網(wǎng)關(guān)作PROFIBUS?從站。另一方面，在 Modbus?總線中將MODBUS轉(zhuǎn)PROFIBUS網(wǎng)關(guān)作Modbus?主站，繼電保護(hù)裝置和直流屏設(shè)備作為 Modbus?的從站，雙方以 9600bps?的通訊速率進(jìn)行通訊。具體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖所示:?

第四步：?了解Modbus?通訊協(xié)議簡介??

? ? ?Modbus協(xié)議有ASCII、RTU?二種協(xié)議，并沒有規(guī)定物理層。此協(xié)議定義了控制器能夠認(rèn)識(shí)和使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。Modbus的ASCII、RTU協(xié)議規(guī)定了消息、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、命令和應(yīng)答的方式，數(shù)據(jù)通訊采用Maser/Slave?方式，Master?端發(fā)出數(shù)據(jù)請求消息，Slave?端接收到正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到Master端以響應(yīng)請求;Master?端也可以直接發(fā)消息修改Slave?端的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙向讀寫。

第五步：Modbus通訊協(xié)議的功能碼?

? ? Modbus?的 Slave?端是根據(jù)Master?端發(fā)送過來的功能碼進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作的。下表是Modbus RTU?協(xié)議常用的功能碼，使用它們即可實(shí)現(xiàn)對Slave?端的數(shù)字量和模擬量進(jìn)行讀寫操作。

第六步：了解Modbus RTU?通訊協(xié)議幀結(jié)構(gòu)?

下表列出了RTU?協(xié)議每個(gè)字節(jié)的位。?

第七步：Modbus RTU?協(xié)議的典型數(shù)據(jù)幀格式見下表? RTU?協(xié)議數(shù)據(jù)幀格式?

第八步：下表 給出了以RTU?方式讀取一個(gè)整數(shù)數(shù)據(jù)的例子:主機(jī)請求。

下表給出了以協(xié)議從機(jī)應(yīng)答讀取整數(shù)數(shù)據(jù)示例。

第九步： 遠(yuǎn)創(chuàng)智控YC-MDPB-001網(wǎng)關(guān)的配置?

? ? YC-MDPB-001?網(wǎng)關(guān)是智能型Modbus-232/485到PROFIBUS?的協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，在接口RAM?中建立了

PROFIBUS?到Modbus?的映射數(shù)據(jù)區(qū)，由軟件實(shí)現(xiàn)PROFIBUS?到Modbus的協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)交換。凡具有RS-232/485?接口的MODBUS?協(xié)議設(shè)備都可以利用YC-MDPB-001 與現(xiàn)場總線 PROFIBUS?互連。一方面，

YC-MDPB-001網(wǎng)關(guān)在與PROFIBUS通訊時(shí)是作為PROFIBUS?從站;另一方面，它在與Modbus?通訊時(shí)，即可以作Modbus?主站，也可作Modbus?從站。通過該網(wǎng)關(guān)的GSD?文件，可以在西門子STEP 7?編程軟件中對該網(wǎng)關(guān)進(jìn)行硬件和軟件配置，完成相應(yīng)的通訊功能。以下是詳細(xì)的硬件和軟件配置方法:?

PROFIBUS?到Modbus網(wǎng)關(guān)的硬件設(shè)計(jì)?

YC-MDPB-001?網(wǎng)關(guān)的PROFIBUS?從站地址和MODBUS?主、從站選擇可以通過該網(wǎng)橋的硬件撥碼開關(guān)來設(shè)置。其撥碼開關(guān)有 8?位，其最高位是設(shè)置MODBUS?主從站的(若該位設(shè)為 1，即將其作為MODBUS 主站;若該位設(shè)為 0，即將其作為MODBUS?從站);其它的低 7?位設(shè)置PROFIBUS?從站地址。

? 第十步：?PROFIBUS?到Modbus網(wǎng)關(guān)自帶PROFIBUS DP?接口，可以使用標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS DP?連接頭和標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS?電纜將其連接至PROFIBUS?現(xiàn)場總線中。?

?? 遠(yuǎn)創(chuàng)智控PROFIBUS?到Modbus網(wǎng)關(guān)還提供 RS-232/485?接口，其他MODBUS?從站可以通過該接口實(shí)現(xiàn)與PROFIBUS?到Modbus網(wǎng)關(guān)的通訊。須注意的是在RS-485?總線終端要加終端電阻，PROFIBUS?到Modbus網(wǎng)關(guān)已內(nèi)置終端電阻，只需用外接短接線將其接入RS-485?網(wǎng)絡(luò)即可。下圖是RS-485?網(wǎng)絡(luò)連接和終端電阻的連接示意圖:?

第十一步：YC-MDPB-001?網(wǎng)關(guān)的軟件配置?

? ? 硬件連接配置好后，就可以開始配置YC-MDPB-001網(wǎng)關(guān)的軟件了。其軟件配置包括:設(shè)備參數(shù)配置和

MODBUS?報(bào)文隊(duì)列配置:?

第十二步：MODBUS轉(zhuǎn)PROFIBUS網(wǎng)關(guān)的設(shè)備參數(shù)配置?

? ? 在STEP 7?的HW Config?中，可以通過安裝YC-MDPB-001?網(wǎng)關(guān)的GSD 文件(PBMD.GSD?是MODBUS?主站的

GSD?文件;PBMDMS.GSD?是MODBUS?從站的GSD?文件)把PROFIBUS?到Modbus網(wǎng)關(guān)的配置文件添加到STEP 7?的設(shè)備配置庫中。此后，就可以按下圖的示意方法配置PROFIBUS?到Modbus網(wǎng)關(guān)了。?

?第十三步： 將YC-MDPB-001?網(wǎng)關(guān)添加到S7?的硬件配置系統(tǒng)中后，可以對其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行配置。本設(shè)計(jì)將MODBUS轉(zhuǎn)PROFIBUS網(wǎng)關(guān)作為MODBUS主站，根據(jù)MODBUS從站的要求，主站基本參數(shù)配置如下：?

??PROFIBUS?從站地址=19；?

波特率＝9600；校驗(yàn)方式：無校驗(yàn)；?

數(shù)據(jù)更新模式：在每條MD?回答后；?

?等待回答時(shí)間：50ms。?

MODBUS轉(zhuǎn)PROFIBUS網(wǎng)關(guān)的MODBUS報(bào)文隊(duì)列配置?

?根據(jù)通訊系統(tǒng)的要求，MDPB網(wǎng)橋可以配置不同的報(bào)文隊(duì)列來完成實(shí)際的通訊要求。YC-MDPB-001?網(wǎng)關(guān)有?0?！?9＃共?20?個(gè)槽(邏輯上，非物理設(shè)備);0#、1#槽已占用，剩下?18?個(gè)槽提供用戶使用。每個(gè)槽可以用來插入一條MODBUS?通信模塊;所以一共可以插入?18?條MODBUS?模塊。MODBUS轉(zhuǎn)PROFIBUS網(wǎng)關(guān)的每一個(gè)MODBUS?模塊對應(yīng)一種功能的MODBUS?報(bào)文，可雙擊插入某一槽中。?

下面以在 2＃槽中插入“read 24 bits(0xxxx)”為例說明MODBUS?模塊是如何完成某種功能的MODBUS?報(bào)文的。該MODBUS?模塊對應(yīng)MODBUS?的 01h?功能，即:讀取 24?個(gè)輸出線圈 0xxxx?狀態(tài)。?

13.1:?選中?2#槽，然后雙擊“read24 bits(0xxxx)”;?2#槽中插入“24DI read 24 bits(0xxxx) 1?3”;?

?13.2:?進(jìn)一步設(shè)定MODBUS?參數(shù):雙擊?2#槽中的“24DI read 24 bits(0xxxx) 1 3”;選擇“Parameter Assignment”，即可設(shè)定“從站地址”和“起始地址”等參數(shù)。?

?參數(shù)設(shè)定完后，就建立了如下圖所示的MODBUS?至PROFIBUS?的數(shù)據(jù)映射關(guān)系。?

?第十四步： 其中，I1..I3?是PROFIBUS?主站分配給這個(gè)MODBUS?模塊的PROFIBUS?輸入地址I1～I(xiàn)3，對應(yīng)本MODBUS?報(bào)文讀到的?24 bits (0xxxx)。這樣，PLC?在進(jìn)行編程時(shí)，直接讀取I1～I(xiàn)3?即可得到MODBUS?的 24?個(gè)輸出線圈?0xxxx?的狀態(tài)。?

? ? 本YC-MDPB-001網(wǎng)關(guān)需要完成的通訊數(shù)據(jù)包括:36?個(gè)遙信信息點(diǎn)(功能碼?02)和?18?個(gè)遙測信息點(diǎn)(功能碼?03)。根據(jù)此要求，需配置的報(bào)文隊(duì)列如下圖所示(站號(hào)為?19、起始地址為?0)：?

第十四步：

2＃槽的報(bào)文隊(duì)列對應(yīng)的MODBUS?命令是:發(fā)功能碼?02?命令—讀輸入線圈?10001～10032?的狀態(tài)，存入I11～?I14;?

3＃槽的報(bào)文隊(duì)列對應(yīng)的MODBUS?命令是:發(fā)功能碼 03?命令—讀保持寄存器 40001～40018?的值，存入 I528～

I563; 完成以上配置后，PLC?就可以和MODBUS?從站設(shè)備進(jìn)行通訊了。

案例總結(jié)：

自從本通訊系統(tǒng)運(yùn)行以來，PLC?與Modbus RTU?間的通訊一直正常，從未出現(xiàn)過任何軟、硬件故障以及其它干擾現(xiàn)象，有效地保證了自動(dòng)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。可見，PLC?通過YC-MDPB-001?網(wǎng)關(guān)與Modbus RTU?通訊是一種行之有效的方法。PLC?和上位機(jī)WINCC?可以讀取儀表中溫度測量值、設(shè)定值等，同時(shí)可以遠(yuǎn)程設(shè)置繼電保護(hù)裝置和直流屏設(shè)備中的數(shù)據(jù)，極大地方便了現(xiàn)場的控制和操作。由此看來，利用YC-MDPB-001?網(wǎng)關(guān)來解決西門子PLC與第三方智能控制儀表之間的通訊是一個(gè)值得推廣的方式，在電力自動(dòng)控制系統(tǒng)中， 一定會(huì)取得更加成功的應(yīng)用。

注意事項(xiàng)：

1、遠(yuǎn)創(chuàng)智控Modbus轉(zhuǎn)Profibus網(wǎng)關(guān)

2、YC-MDPB-001

3、遠(yuǎn)創(chuàng)智控以太網(wǎng)模塊MPI-ETH-YC01

審核編輯：符乾江