PROFIBUS-MODBUS网桥在电力系统中的应用

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（DecentralizedPeriphery）、PROFIBUS-PA（ProcessAutomation）、PROFIBUS-FMS（FieldbusMessageSpecification）。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S7-400PLC中，并集成到SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）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ModbusRTU（RemoteTerminalUnit）协议。为了实现ModbusRTU协议到PROFIBUS协议的转换，本设计将西门子PLCS7-400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。

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S7-400PLC作PROFIBUS主站，ET200M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。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ModbusRTU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3ModbusRTU协议常用功能码

（2）ModbusRTU通讯协议帧结构
表4列出了RTU协议每个字节的位。

ModbusRTU协议的典型数据帧格式见表5。

表5RTU协议数据帧格式

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。

4PB-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STEP7编程软件中对该网桥进行硬件和软件配置，完成相应