MODBUS信號與PROFIBUS總線通訊方案介紹

2020-11-22 電子產品世界

一．項目介紹

平朔煤矸石電廠二期擴建工程（2×300MW循環流化床直接空冷機組）位於山西省朔州市區以北約20Km安太堡露天煤礦礦區內，引進ALSTOM公司CFB鍋爐技術國內生產的300MW循環流化床鍋爐，汽輪機為上海汽輪機有限公司製造的亞臨界、一次中間再熱、單軸、兩缸兩排汽、凝汽式汽輪機，DCS採用西門子電站自動化有限公司SPPA-T3000控制系統，為目前國內同類型電廠中最大機組。3、4號機分別於2009年6月6日和8月7日順利通過168試運行。

二．方案初衷介紹

縱觀國內火電廠集散控制系統發展歷史可以發現，主流進口DCS控制系統與外系統MODBUS信號通訊多採用外系統MODBUS信號—>DCS相應通訊處理模件—>DCS工廠總線（下層網）—>相應DPU處理單元—DCS伺服器的方式。這種方式常用來把就地MODBUS信號，如IDAS、電氣模擬量等送DCS監視，當然也可以用來做一些外圍系統簡單邏輯，方便運行人員的操作。其缺點也是顯而易見的，那就是MODBUS信號經過層層轉換，繞了一個大圈才送到DCS伺服器處理，帶有一定的滯後性，在國內一些電廠，這種滯後甚至達到好幾秒鐘，嚴重影響了運行操作、監視的實時性。如果能解決安全、實時這兩個問題，把大部分電氣信號先轉成MODBUS信號，再按工藝系統通過通訊電纜送至DCS各DPU處理，將大大節省電氣電纜的敷設量，節約電廠建設成本。根據平朔電廠業主建設「數位化電廠」的要求，承標DCS的西門子電站自動化有限公司與華東電力設計院及承標ECS的北京四方集團多次討論、協商，提出了以下實施方案。

三．詳細方案

1．方案原理介紹

四方ECS將電氣信號就近送至各通訊管理機，由通訊管理機將硬接線信號轉成MODBUS信號，按RS-485通訊協議上傳至DCS。信號上傳時，由不同的通訊管理機分別處理電氣信號的A,B兩側。例如，6KV電氣系統A側的點由通訊管理機A處理， B側信號則由通訊管理機B處理，以達到將危險分散的目的。DCS側各DPU所在PROFIBUS總線按工藝系統，分別接入冗餘的一對協議轉換橋(負責將MODBUS485信號轉換成PROFIBUS信號)來接收ECS 信號，完成MODBUS信號與PROFIBUS總線的對接，協議轉換橋相當於PROFIBUS總線上的一個DP從站。北京鼎實科技創新有限公司提供相應GSD文件。

2．方案原理圖


協議轉換橋應用說明

平朔項目採用了北京鼎實創新科技有限公司生產的PB-B-MODBUS485協議轉換橋，該接口是PROFIBUS總線橋系列中的產品，可將具有RS232/485、CAN及MODBUS等專用通信協議的接口設備連接到PROFIBUS總線上，使設備成為PROFIBUS總線的一個從站。該設備在接口RAM 中建立了PROFIBUS到MODBUS映射數據區，由軟體實現PROFIBUS和MODBUS的協議轉換及數據交換。該協議轉換橋常用布置如下：

1）.協議轉換橋硬體結構

PB-B-MODBUS/232/485/V3x是智能型PROFIBUS到MODBUS-232/485的協議轉換接口。在接口RAM中建立了PROFIBUS到MODBUS映射數據區，圖三中SPC3是西門子公司的PROFIBUS通信協議晶片。PROFIBUS Interface是PROFIBUS標準驅動電路，由光隔及RS485驅動組成。RS232 Interface是標準的RS232驅動電路，由光隔及RS232驅動晶片組成。CPU通過對SPC3控制實現PROFIBUS的通信並在RAM中建立PROFIBUS通信數據緩衝區。另一方面，通過RS232 Interface實現和外部 MODBUS現場設備的通信，同樣在RAM中建立MODBUS通信緩衝區。CPU通過兩個通信緩衝區的數據交換，實現PROFIBUS到MODBUS的通信。

2）.協議轉換橋軟體轉換原理

a.該產品的RAM中建立「MODBUS 報文隊列」，即MODBUS報文序列。它是用戶依據應用的要求，在PROFIBUS主站配置該接口產品時，由菜單選擇後自動形成，並在主站與該接口連接時傳送到該產品的RAM中。

b.該產品的RAM中建立PROFIBUS數據區，PROFIBUS主站與從站的通信數據都存儲在這個數據區中。PROFIBUS通信數據分為輸入和輸出數據，都是以PROFIBUS主站為基點的。

c.該產品的RAM中建立MODBUS數據區，該接口是MODBUS主站，與MODBUS從站的通信數據都存儲在這個數據區中。 MODBUS通信數據分為輸入和輸出數據，寫入（如 05H、06H、0FH、10H功能）MODBU從站的數據為輸出數據，與PROFIBUS的輸出數據對應；從MODBUS從站讀回（如 01H、02H、03H、04H功能）的數據為 MODBUS輸入數據，與PROFIBUS的輸入數據對應。

d.CPU順序取出MODBUS報文，並將報文數據通過CPU串口發送出去。如果是「寫（05H、06H、0FH、10H）」功能，MODBUS報文中「寫」數據來自MODBUS數據區。

e.CPU接收MODBUS回答報文，如果是「讀（01H、02H、03H、04H等）」功能，將報文中MODBUS數據存入MODBUS數據區。

f.每當CPU完成一條MODBUS通信或一次MODBUS報文隊列掃描後，就對MODBUS 與PROFIBUS數據區數據進行一次數據交換。

g.PROFIBUS主站通過PROFIBUS通信，完成與本接口從站PROFIBUS數據區的數據交換

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