一、 引言

　　現代工業(ye) 的迅速發展，不斷促進著自動化控製技術及設備通信技術創新的發展。當前，PLC、DCS、智能儀(yi) 表等已廣泛應用到現場生產(chan) 控製係統中，並發展到由上述設備相互協同、共同麵向整個(ge) 生產(chan) 過程的分布式工業(ye) 控製係統。在此係統中，現場總線通信技術至關(guan) 重要。本文就某水利站分布式控製係統項目，介紹上海泗博自動化的Modbus轉Profibus-DP協議網關(guan) 設備的應用。

二、 係統組成

　　1、 係統結構

　　本係統構成如圖1，其中略去了西門子S7-300PLC之外的其它現場級控製設備。係統上位機采用橫河CS3000型DCS集散控製係統，實現對整個(ge) 水利項目進行集中監控。下位機之一采用的是西門子S7-300係列PLC，實現對現場各種智能儀(yi) 表，包括現場電機、智能開關(guan) 、變頻器、傳(chuan) 感器等執行、檢測設備的啟停控製、信息采集等操作。

　                                                                 　圖1 係統結構

　　在上圖所示係統結構中，現場各種智能儀(yi) 表（采用的是Modbus協議或者各種非標協議，接口為(wei) RS485、RS422或者RS232）都能夠通過上海泗博自動化的通用串口（Modbus/RS485/RS422/RS232）轉Profibus-DP網關(guan) PM-160連接到西門子S7-300PLC。此時，網關(guan) PM-160在串口側(ce) 的協議類型為(wei) Modbus主站或者通用模式。橫河DCS對西門子S7-300PLC的數據采集和監控同樣需要使用上海泗博自動化的通用串口（Modbus/RS485/RS422/RS232）轉Profibus-DP網關(guan) PM-160，此時，網關(guan) PM-160在串口側(ce) 的協議類型為(wei) Modbus從(cong) 站。

        2、 通信網絡組成

　　2.1 Profibus協議簡介

　　PROFIBUS 是目前國際上通用的現場總線標準之一，以其獨特的技術特點、嚴(yan) 格的認證

　　規範、開放的標準、眾(zhong) 多廠商的支持和不斷發展的應用行規，已成為(wei) 最重要的和應用最廣泛的

　　現場總線標準。

　　PROFIBUS 現場總線通訊協議包括三個(ge) 主要部分：

　　• PROFIBUS DP：主站和從(cong) 站之間采用輪循的通訊方式，主要應用於(yu) 自動化係統中單元級和現場級通信。

　　• PROFIBUS PA：電源和通信數據通過總線並行傳(chuan) 輸，主要用於(yu) 麵向過程自動化係統中單元級和現場級通訊。

　　• PROFIBUS FMS：定義(yi) 了主站和主站之間的通訊模型，主要用於(yu) 自動化係統中係統級和車間級的過程數據交換

　　其中，PROFIBUS-DP 是高速網絡，通訊速率達到12M。PROFIBUS-DP 可以連接遠程I/O、執

　　行機構、智能馬達控製器、人機界麵HMI、閥門定位器、變頻器等智能設備， 一條PROFIBUS-DP 總線可以最多連接123 個(ge) 從(cong) 站設備。PROFIBUS-DP 的拓撲結構可以是總線型、星型和樹型，通訊介質可以是屏蔽雙絞線、光纖，也支持紅外傳(chuan) 輸，采用雙絞線時，不加中繼器最遠通訊距離可達1.2 公裏，最多可以采用9 個(ge) 中繼器，最遠通訊距離可達9 公裏。采用光纖時，最遠通訊距離可達100 公裏以上，其中采用多膜光纖，兩(liang) 點間最遠距離可達3 公裏，采用單膜光纖時，兩(liang) 點間最遠距離可達3 公裏。

2.2 Modbus協議簡介

　　Modbus協議是一種適用於(yu) 工業(ye) 控製領域的主從(cong) 式串口通訊協議，它采用查詢通訊方式進行主從(cong) 設備的信息傳(chuan) 輸，可尋址1-247個(ge) 設備地址範圍。協議包括廣播查詢和單獨設備查詢兩(liang) 種方式，二者區別就是廣播查詢不需要從(cong) 設備回應信息，主、從(cong) 設備查詢通訊過程見圖2：

　　                                                         圖2 Modbus主、從(cong) 設備查詢響應

　　Modbus協議常用功能碼如圖3所示：

　                                                       　圖3 Modbus協議常用功能碼

　　Modbus協議有兩(liang) 種傳(chuan) 輸模式：ASCII模式和RTU模式。同波特率下，RTU模式較ASCII模式能傳(chuan) 輸更多的數據，所以工業(ye) 網絡大都采用RTU模式。RTU模式下的信息傳(chuan) 輸報文格式如圖4：

　                                                           　圖4 Modbus RTU信息報文格式

　　它沒有起始位和停止位，而是由至少3.5個(ge) 字符間隔時間作為(wei) 信息的起始和結束標誌。信息幀所有字符位由16進製字符0-9、A-F組成。

　　Modbus RTU通訊協議幀結構：

　　                                                             圖5 RTU通訊協議幀格式

　　Modbus RTU方式主站讀取從(cong) 站寄存器數據示例：主設備查詢。

　                                                         　圖6 主設備查詢格式#p#分頁標題#e#

　　Modbus RTU方式主站讀取從(cong) 站寄存器數據示例：從(cong) 設備響應。

　　                                                         圖7 從(cong) 設備響應格式

　　2.3 網絡構成及硬件介紹

　　如圖1所示，在該係統設計中有兩(liang) 個(ge) 網絡使用了上海泗博自動化的Modbus轉Profibus-DP網關(guan) PM-160。網關(guan) 在這兩(liang) 個(ge) 網絡中的作用不一樣，其中：

　　在上層網絡中（建立西門子S7-300PLC和橫河DCS連接通信），Modbus轉Profibus-DP網關(guan) PM-160在Modbus側(ce) 做Modbus從(cong) 站，在Profibus-DP側(ce) 做從(cong) 站，建立Profibus-DP主站（西門子S7-300 PLC）和Modbus主站（橫河CS3000）的通信。DCS通信部分采用橫河型號為(wei) ALR121的通信模塊，並配套橫河提供的Modbus通信軟件包，該通信模塊最大通信數據容量為(wei) 4000字。通過上海泗博自動化的網關(guan) 配置軟件對PM-160進行相關(guan) 配置，將DCS的讀、寫(xie) 指令及數據做相應轉換、存儲(chu) ，並映射到西門子PLC的輸入、輸出映像區，以實現對上下位機控製信息的實時傳(chuan) 輸。

　　在下層網絡中（建立西門子S7-300PLC和現場智能儀(yi) 表的連接通信），Modbus轉Profibus-DP網關(guan) PM-160在Modbus側(ce) 做Modbus主站，在Profibus-DP側(ce) 做從(cong) 站，建立Modbus從(cong) 站（現場各種智能儀(yi) 表（現場電機、智能開關(guan) 、變頻器、傳(chuan) 感器等））與(yu) Profibus-DP主站（西門子S7-300PLC）的通信。串口網絡（現場智能儀(yi) 表）設備接口為(wei) RS485或者RS232，它們(men) 都可以通過上海泗博自動化的Modbus轉Profibus-DP網關(guan) PM-160實現與(yu) 西門子S7-300PLC的連接通信。其中，通過使用網關(guan) 的配套配置軟件對PM-160進行相關(guan) 配置，將需要采集的從(cong) 站設備信息通過網關(guan) 讀、寫(xie) 命令及數據轉換、存儲(chu) ，映射到西門子PLC的輸入、輸出映射區，以實現PLC對現場智能儀(yi) 表數據的采集和監控。