MODBUS转PROFIBUS网关在电力系统中的应用

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，应用北京微硬创新科技有限公司生产的PBMD485-K20网关，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。

表1 遥信信息点通讯的数据

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，祥见表2。

表2 遥测信息点通讯的数据

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PBMD-K20网关作PROFIBUS从站。另一方面，在Modbus总线中将PBMD-K20网关作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。具体的网络结构如图1所示:

图1 网络结构示意图

3.2Modbus通讯协议简介

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。

表3 Modbus RTU协议常用功能码

表6给出了以RTU方式读取一个整数数据的例子:主机请求。

表6 主机请求示例

表7给出了以协议从机应答读取整数数据示例。

表7 从机应答示例

4PBMD485-K20网关桥的配置

PBMD485-K20网关是智能型PROFIBUS到Modbus-232/485的协议转换网关，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PBMD485-K20与现场总线PROFIBUS互连。一方面，PBMD485-K20网关在与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。通过该网关的GSD文件，可以在西门子STEP 7编程软件中对该网关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:

4.1PBMD485-K20网关的硬件设计

PBMD485-K20网关的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1，即将其作为MODBUS主站;若该位设为0，即将其作为MODBUS从站);其它的低7位设置PROFIBUS从站地址。

PBMD485-K20网关自带PROFIBUS DP接口，可以使用标准的PROFIBUS DP连接头和标准的PROFIBUS电缆将其连接至PROFIBUS现场总线中。

PBMD485-K20网关还提供RS-232/485接口，其他MODBUS从站可以通过该接口实现与PBMD485-K20网关的通讯。须注意的是在RS-485总线终端要加终端电阻，PBMD485-K20网关已内置终端电阻，只需用外接短接线将其接入RS-485网络即可。图2是RS-485网络连接和终端电阻的连接示意图:

图2 RS-485网络连接和终端电阻的连接示意图

4.2PBMD485-K20网关的软件配置

硬件连接配置好后，就可以开始配置PBMD485-K20网关的软件了。其软件配置包括:设备参数配置和MODBUS报文队列配置:

(1) PBMD485-K20网关的设备参数配置

在STEP 7的HW Config中，可以通过安装PBMD485-K20网关的GSD文件(PBMD.GSD是MODBUS主站的GSD文件;PBMDMS.GSD是MODBUS从站的GSD文件)把PBMD485-K20网关的配置文件添加