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如何實(shí)現西門(mén)子S7-300 PLC與DCS控制系統的相互通信
作者：
時(shí)間：2016-12-16
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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一、 引言
現代工業(yè)的迅速發(fā)展，不斷促進(jìn)著(zhù)自動(dòng)化控制技術(shù)及設備通信技術(shù)創(chuàng )新的發(fā)展。當前，PLC、DCS、智能儀表等已廣泛應用到現場(chǎng)生產(chǎn)控制系統中，并發(fā)展到由上述設備相互協(xié)同、共同面向整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的分布式工業(yè)控制系統。在此系統中，現場(chǎng)總線(xiàn)通信技術(shù)至關(guān)重要。本文就某水利站分布式控制系統項目，介紹上海泗博自動(dòng)化的Modbus轉Profibus-DP協(xié)議網(wǎng)關(guān)設備的應用。
二、 系統組成
1、 系統結構
本系統構成如圖1，其中略去了西門(mén)子S7-300PLC之外的其它現場(chǎng)級控制設備。系統上位機采用橫河CS3000型DCS集散控制系統，實(shí)現對整個(gè)水利項目進(jìn)行集中監控。下位機之一采用的是西門(mén)子S7-300系列PLC，實(shí)現對現場(chǎng)各種智能儀表，包括現場(chǎng)電機、智能開(kāi)關(guān)、變頻器、傳感器等執行、檢測設備的啟?？刂?、信息采集等操作。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201612/330866.htm
圖1 系統結構
在上圖所示系統結構中，現場(chǎng)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(guò)上海泗博自動(dòng)化的通用串口（Modbus/RS485/RS422/RS232）轉Profibus-DP網(wǎng)關(guān)PM-160連接到西門(mén)子S7-300PLC。此時(shí)，網(wǎng)關(guān)PM-160在串口側的協(xié)議類(lèi)型為Modbus主站或者通用模式。橫河DCS對西門(mén)子S7-300PLC的數據采集和監控同樣需要使用上海泗博自動(dòng)化的通用串口（Modbus/RS485/RS422/RS232）轉Profibus-DP網(wǎng)關(guān)PM-160，此時(shí)，網(wǎng)關(guān)PM-160在串口側的協(xié)議類(lèi)型為Modbus從站。
2、 通信網(wǎng)絡(luò )組成
2.1 Profibus協(xié)議簡(jiǎn)介
PROFIBUS 是目前國際上通用的現場(chǎng)總線(xiàn)標準之一，以其獨特的技術(shù)特點(diǎn)、嚴格的認證
規范、開(kāi)放的標準、眾多廠(chǎng)商的支持和不斷發(fā)展的應用行規，已成為最重要的和應用最廣泛的
現場(chǎng)總線(xiàn)標準。
PROFIBUS 現場(chǎng)總線(xiàn)通訊協(xié)議包括三個(gè)主要部分：
• PROFIBUS DP：主站和從站之間采用輪循的通訊方式，主要應用于自動(dòng)化系統中單元級和現場(chǎng)級通信。
• PROFIBUS PA：電源和通信數據通過(guò)總線(xiàn)并行傳輸，主要用于面向過(guò)程自動(dòng)化系統中單元級和現場(chǎng)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(dòng)化系統中系統級和車(chē)間級的過(guò)程數據交換
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
行機構、智能馬達控制器、人機界面HMI、閥門(mén)定位器、變頻器等智能設備， 一條PROFIBUS-DP 總線(xiàn)可以最多連接123 個(gè)從站設備。PROFIBUS-DP 的拓撲結構可以是總線(xiàn)型、星型和樹(shù)型，通訊介質(zhì)可以是屏蔽雙絞線(xiàn)、光纖，也支持紅外傳輸，采用雙絞線(xiàn)時(shí)，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(gè)中繼器，最遠通訊距離可達9 公里。采用光纖時(shí)，最遠通訊距離可達100 公里以上，其中采用多膜光纖，兩點(diǎn)間最遠距離可達3 公里，采用單膜光纖時(shí)，兩點(diǎn)間最遠距離可達3 公里。
2.2 Modbus協(xié)議簡(jiǎn)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(xún)通訊方式進(jìn)行主從設備的信息傳輸，可尋址1-247個(gè)設備地址范圍。協(xié)議包括廣播查詢(xún)和單獨設備查詢(xún)兩種方式，二者區別就是廣播查詢(xún)不需要從設備回應信息，主、從設備查詢(xún)通訊過(guò)程見(jiàn)圖2：
圖2 Modbus主、從設備查詢(xún)響應
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據，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(méi)有起始位和停止位，而是由至少3.5個(gè)字符間隔時(shí)間作為信息的起始和結束標志。信息幀所有字符位由16進(jìn)制字符0-9、A-F組成。
Modbus RTU通訊協(xié)議幀結構：
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據示例：主設備查詢(xún)。
圖6 主設備查詢(xún)格式
Modbus RTU方式主站讀取從站寄存器數據示例：從設備響應。
圖7 從設備響應格式
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