如何實現(xiàn)西門子S7-300 PLC與DCS控制系統(tǒng)的相互通信
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現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，不斷促進著自動化控制技術(shù)及設(shè)備通信技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展。當前，PLC、DCS、智能儀表等已廣泛應(yīng)用到現(xiàn)場生產(chǎn)控制系統(tǒng)中，并發(fā)展到由上述設(shè)備相互協(xié)同、共同面向整個生產(chǎn)過程的分布式工業(yè)控制系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線通信技術(shù)至關(guān)重要。本文就某水利站分布式控制系統(tǒng)項目，介紹上海泗博自動化的Modbus轉(zhuǎn)Profibus-DP協(xié)議網(wǎng)關(guān)設(shè)備的應(yīng)用。
二、 系統(tǒng)組成
1、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)構(gòu)成如圖1，其中略去了西門子S7-300PLC之外的其它現(xiàn)場級控制設(shè)備。系統(tǒng)上位機采用橫河CS3000型DCS集散控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個水利項目進行集中監(jiān)控。下位機之一采用的是西門子S7-300系列PLC，實現(xiàn)對現(xiàn)場各種智能儀表，包括現(xiàn)場電機、智能開關(guān)、變頻器、傳感器等執(zhí)行、檢測設(shè)備的啟停控制、信息采集等操作。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
在上圖所示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，現(xiàn)場各種智能儀表（采用的是Modbus協(xié)議或者各種非標協(xié)議，接口為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(zhuǎn)Profibus-DP網(wǎng)關(guān)PM-160連接到西門子S7-300PLC。此時，網(wǎng)關(guān)PM-160在串口側(cè)的協(xié)議類型為Modbus主站或者通用模式。橫河DCS對西門子S7-300PLC的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控同樣需要使用上海泗博自動化的通用串口（Modbus/RS485/RS422/RS232）轉(zhuǎn)Profibus-DP網(wǎng)關(guān)PM-160，此時，網(wǎng)關(guān)PM-160在串口側(cè)的協(xié)議類型為Modbus從站。
2、 通信網(wǎng)絡(luò)組成
2.1 Profibus協(xié)議簡介
PROFIBUS 是目前國際上通用的現(xiàn)場總線標準之一，以其獨特的技術(shù)特點、嚴格的認證
規(guī)范、開放的標準、眾多廠商的支持和不斷發(fā)展的應(yīng)用行規(guī)，已成為最重要的和應(yīng)用最廣泛的
現(xiàn)場總線標準。
PROFIBUS 現(xiàn)場總線通訊協(xié)議包括三個主要部分：
• PROFIBUS DP：主站和從站之間采用輪循的通訊方式，主要應(yīng)用于自動化系統(tǒng)中單元級和現(xiàn)場級通信。
• PROFIBUS PA：電源和通信數(shù)據(jù)通過總線并行傳輸，主要用于面向過程自動化系統(tǒng)中單元級和現(xiàn)場級通訊。
• PROFIBUS FMS：定義了主站和主站之間的通訊模型，主要用于自動化系統(tǒng)中系統(tǒng)級和車間級的過程數(shù)據(jù)交換
其中，PROFIBUS-DP 是高速網(wǎng)絡(luò)，通訊速率達到12M。PROFIBUS-DP 可以連接遠程I/O、執(zhí)
行機構(gòu)、智能馬達控制器、人機界面HMI、閥門定位器、變頻器等智能設(shè)備， 一條PROFIBUS-DP 總線可以最多連接123 個從站設(shè)備。PROFIBUS-DP 的拓撲結(jié)構(gòu)可以是總線型、星型和樹型，通訊介質(zhì)可以是屏蔽雙絞線、光纖，也支持紅外傳輸，采用雙絞線時，不加中繼器最遠通訊距離可達1.2 公里，最多可以采用9 個中繼器，最遠通訊距離可達9 公里。采用光纖時，最遠通訊距離可達100 公里以上，其中采用多膜光纖，兩點間最遠距離可達3 公里，采用單膜光纖時，兩點間最遠距離可達3 公里。
2.2 Modbus協(xié)議簡介
Modbus協(xié)議是一種適用于工業(yè)控制領(lǐng)域的主從式串口通訊協(xié)議，它采用查詢通訊方式進行主從設(shè)備的信息傳輸，可尋址1-247個設(shè)備地址范圍。協(xié)議包括廣播查詢和單獨設(shè)備查詢兩種方式，二者區(qū)別就是廣播查詢不需要從設(shè)備回應(yīng)信息，主、從設(shè)備查詢通訊過程見圖2：
圖2 Modbus主、從設(shè)備查詢響應(yīng)
Modbus協(xié)議常用功能碼如圖3所示：
圖3 Modbus協(xié)議常用功能碼
Modbus協(xié)議有兩種傳輸模式：ASCII模式和RTU模式。同波特率下，RTU模式較ASCII模式能傳輸更多的數(shù)據(jù)，所以工業(yè)網(wǎng)絡(luò)大都采用RTU模式。RTU模式下的信息傳輸報文格式如圖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個字符間隔時間作為信息的起始和結(jié)束標志。信息幀所有字符位由16進制字符0-9、A-F組成。
Modbus RTU通訊協(xié)議幀結(jié)構(gòu)：
圖5 RTU通訊協(xié)議幀格式
Modbus RTU方式主站讀取從站寄存器數(shù)據(jù)示例：主設(shè)備查詢。
圖6 主設(shè)備查詢格式
Modbus RTU方式主站讀取從站寄存器數(shù)據(jù)示例：從設(shè)備響應(yīng)。
圖7 從設(shè)備響應(yīng)格式
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