PROFIBUS协议转MODBUS网桥在电力系统中的

  1 引言
    
    PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他领域自动化。PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP(Decentralized Periphery)、PROFIBUS-PA(Process Automation)、PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification)。其中PROFIBUS-DP是一种高速低成本用于设备级控制系统与分散式I/O通信的一种总线。其传输介质为双绞屏蔽线， 波特率从9600bps到12Mbps。使用PROFIBUS-DP可取代24VDC或4-20mA信号传输。

    Modbus目前是工业领域全球最流行的协议之一。此协议支持传统的带RS-232、RS-422、RS-485和以太网接口的设备。许多工业设备，包括 PLC、DCS、智能仪表等都在使用Modbus协议作为它们之间的通讯标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。

    作者在设计某电力自动控制系统时，需要将许继公司生产的继电保护装置的参数读取到Siemens公司的S7-400 PLC中，并集成到SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)监控系统中，参与实际的连锁控制。继电保护装置提供RS-485通讯接口，其通讯协议为Modbus RTU(Remote Terminal Unit)协议。为了实现Modbus RTU协议到PROFIBUS协议的转换，本设计将西门子PLC S7-400作PROFIBUS主站，利用北京鼎实公司生产的Profibus-Modbus网桥(以下简称PB-M网桥)和Modbus从站通讯，然后通过PLC中的工业以太网模块、现场总线模块连接到企业SCADA系统中，使二者得到完美的结合。
 
    2 继电保护系统
    本电力系统电站装机容量为6MW。其主接线为一机一变两回线，变压器为电压变比10/6.3kV的双圈变压器。电站10kV出线两回至用户站。
    本继电保护系统的主要监测对象包括:一台发电机组、一台主变压器、两回10kV出线、400V厂用变;保护对象包括电站的发电机、变压器、10kV出线。 该继电保护系统提供一智能通讯服务器，其功能是将许继设备的通讯规约转换为MODBUS规约，预留RS-485通讯接口与CP340进行通讯。通讯的数据 量包括遥信信息点(功能码02，起始查询地址0):YX1～YX36，祥见表1。遥测信息点(功能码03，起始查询地址0)YC1～YC18。
    
 
    3 通讯系统
    3.1 通讯系统的构成
    在本自动控制系统中，将西门子S7-400 PLC作PROFIBUS主站，ET 200M和PB-M网桥作PROFIBUS从站。另一方面，在Modbus总线中将PB-M网桥作Modbus主站，继电保护装置和直流屏设备作为 Modbus的从站，双方以9600bps的通讯速率进行通讯。

    3.2 Modbus通讯协议简介 
    Modbus目前是工业领域全球最流行的协议之一。此协议支持传统的带RS-232、RS-422、RS-485和以太网接口的设备。当在网络上通信 时，Modbus协议决定了每个控制器必须要有它们的设备地址，能识别发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成应答并使用 Modbus协议发送给询问方。

    Modbus协议有ASCII、RTU二种协议，并没有规定物理层。此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。 Modbus的ASCII、RTU协议规定了消息、数据的结构、命令和应答的方式，数据通讯采用Maser/Slave方式，Master端发出数据请求 消息，Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求;Master端也可以直接发消息修改Slave端的数据，实现双向读写。

    (1) Modbus通讯协议的功能码
    Modbus的Slave端是根据Master端发送过来的功能码进行相应的动作的。表3是Modbus RTU协议常用的功能码，使用它们即可实现对Slave端的数字量和模拟量进行读写操作。
    
    (2) Modbus RTU通讯协议帧结构    
    
    4 PB-M网桥的配置

    PB-M网桥是智能型PROFIBUS到Modbus-232/485的协议转换总线桥，在接口RAM中建立了PROFIBUS到Modbus的映射数据 区，由软件实现PROFIBUS到Modbus的协议转换和数据交换。凡具有RS-232/485接口的MODBUS协议设备都可以利用PB-M网桥与现 场总线PROFIBUS互连。一方面，PB-M网桥在与PROFIBUS通讯时是作为PROFIBUS从站;另一方面，它在与Modbus通讯时，即可以 作Modbus主站，也可作Modbus从站。通过该网桥的集成软件GSD文件，可以在西门子STEP 7编程软件中对该网桥进行硬件和软件配置，完成相应的通讯功能。以下是详细的硬件和软件配置方法:
    
    4.1 PB-M网桥的硬件设计
    PB-M网桥的PROFIBUS从站地址和MODBUS主、从站选择可以通过该网桥的硬件拨码开关来设置。其拨码开关有8位，其最高位是设置MODBUS 主从站的(若该位设为0，即将其作为MODBUS主站;若该位设为1，即将其作为MODBUS从站);其它的低7位设置PROFIBUS从站地址。本设计 将其作PROFIBUS从站(地址为19，二进制:00010011)和MODBUS主站，因此拨码开关设置为:00010011。

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