MODBUS信号与PROFIBUS总线通讯方案介绍

一．项目介绍

平朔煤矸石电厂二期扩建工程（2×300MW循环流化床直接空冷机组）位于山西省朔州市区以北约20Km安太堡露天煤矿矿区内，引进ALSTOM公司CFB锅炉技术国内生产的300MW循环流化床锅炉，汽轮机为上海汽轮机有限公司制造的亚临界、一次中间再热、单轴、两缸两排汽、凝汽式汽轮机，DCS采用西门子电站自动化有限公司SPPA-T3000控制系统，为目前国内同类型电厂中最大机组。3、4号机分别于2009年6月6日和8月7日顺利通过168试运行。

二．方案初衷介绍

纵观国内火电厂集散控制系统发展历史可以发现，主流进口DCS控制系统与外系统MODBUS信号通讯多采用外系统MODBUS信号—>DCS相应通讯处理模件—>DCS工厂总线（下层网）—>相应DPU处理单元—DCS服务器的方式。这种方式常用来把就地MODBUS信号，如IDAS、电气模拟量等送DCS监视，当然也可以用来做一些外围系统简单逻辑，方便运行人员的操作。其缺点也是显而易见的，那就是MODBUS信号经过层层转换，绕了一个大圈才送到DCS服务器处理，带有一定的滞后性，在国内一些电厂，这种滞后甚至达到好几秒钟，严重影响了运行操作、监视的实时性。如果能解决安全、实时这两个问题，把大部分电气信号先转成MODBUS信号，再按工艺系统通过通讯电缆送至DCS各DPU处理，将大大节省电气电缆的敷设量，节约电厂建设成本。根据平朔电厂业主建设“数字化电厂”的要求，承标DCS的西门子电站自动化有限公司与华东电力设计院及承标ECS的北京四方集团多次讨论、协商，提出了以下实施方案。

三．详细方案

1．方案原理介绍

四方ECS将电气信号就近送至各通讯管理机，由通讯管理机将硬接线信号转成MODBUS信号，按RS-485通讯协议上传至DCS。信号上传时，由不同的通讯管理机分别处理电气信号的A,B两侧。例如，6KV电气系统A侧的点由通讯管理机A处理， B侧信号则由通讯管理机B处理，以达到将危险分散的目的。DCS侧各DPU所在PROFIBUS总线按工艺系统，分别接入冗余的一对协议转换桥(负责将MODBUS485信号转换成PROFIBUS信号)来接收ECS 信号，完成MODBUS信号与PROFIBUS总线的对接，协议转换桥相当于PROFIBUS总线上的一个DP从站。北京鼎实科技创新有限公司提供相应GSD文件。

2．方案原理图

协议转换桥应用说明

平朔项目采用了北京鼎实创新科技有限公司生产的PB-B-MODBUS485协议转换桥，该接口是PROFIBUS总线桥系列中的产品，可将具有RS232/485、CAN及MODBUS等专用通信协议的接口设备连接到PROFIBUS总线上，使设备成为PROFIBUS总线的一个从站。该设备在接口RAM 中建立了PROFIBUS到MODBUS映射数据区，由软件实现PROFIBUS和MODBUS的协议转换及数据交换。该协议转换桥常用布置如下：

1）.协议转换桥硬件结构

PB-B-MODBUS/232/485/V3x是智能型PROFIBUS到MODBUS-232/485的协议转换接口。在接口RAM中建立了PROFIBUS到MODBUS映射数据区，图三中SPC3是西门子公司的PROFIBUS通信协议芯片。PROFIBUS Interface是PROFIBUS标准驱动电路，由光隔及RS485驱动组成。RS232 Interface是标准的RS232驱动电路，由光隔及RS232驱动芯片组成。CPU通过对SPC3控制实现PROFIBUS的通信并在RAM中建立PROFIBUS通信数据缓冲区。另一方面，通过RS232 Interface实现和外部 MODBUS现场设备的通信，同样在RAM中建立MODBUS通信缓冲区。CPU通过两个通信缓冲区的数据交换，实现PROFIBUS到MODBUS的通信。

2）.协议转换桥软件转换原理

a.该产品的RAM中建立“MODBUS 报文队列”，即MODBUS报文序列。它是用户依据应用的要求，在PROFIBUS主站配置该接口产品时，由菜单选择后自动形成，并在主站与该接口连接时传送到该产品的RAM中。

b.该产品的RAM中建立PROFIBUS数据区，PROFIBUS主站与从站的通信数据都存储在这个数据区中。PROFIBUS通信数据分为输入和输出数据，都是以PROFIBUS主站为基点的。

c.该产品的RAM中建立MODBUS数据区，该接口是MODBUS主站，与MODBUS从站的通信数据都存储在这个数据区中。 MODBUS通信数据分为输入和输出数据，写入（如 05H、06H、0FH、10H功能）MODBU从站的数据为输出数据，与PROFIBUS的输出数据对应；从MODBUS从站读回（如 01H、02H、03H、04H功能）的数据为 MODBUS输入数据，与PROFIBUS的输入数据对应。

d.CPU顺序取出MODBUS报文，并将报文数据通过CPU串口发送出去。如果是“写（05H、06H、0FH、10H）”功能，MODBUS报文中“写”数据来自MODBUS数据区。

e.CPU接收MODBUS回答报文，如果是“读（01H、02H、03H、04H等）”功能，将报文中MODBUS数据存入MODBUS数据区。

f.每当CPU完成一条MODBUS通信或一次MODBUS报文队列扫描后，就对MODBUS 与PROFIBUS数据区数据进行一次数据交换。

g.PROFIBUS主站通过PROFIBUS通信，完成与本接口从站PROFIBUS数据区的数据交换  [page]

3）.接线和跳线

当PB-B-MODBUS/485/V32位于RS-485总线终端时，应在协议转换桥接线端子A-和TA 间及B+、TB 间各外接短接线，以便将内置的终端电阻接入总线，通过转动协议转换桥上的拨码开关来设置它作为DP从站的地址。ECS送DCS通讯双绞线的数据线A-、数据线B+、屏蔽线分别接下图的A-、B+、PE

4).软件组态

平朔电厂采用的是西门子电站自动化有限公司近年新推出的SPPA-T3000控制系统。该系统继承了西门子产品一贯的上手简单，功能强大的特点，集成了大量通用功能块，组态十分方便。具体组态过程如下：

a.    将协议转换桥制造商提供的标准GSD文件倒入T-3000系统，使系统识别该设备。

b.    根据项目用到的协议转换桥的实际配置进行组态，在相应功能块中配置与ECS从站对应的波特率、从站号等MODBUS参数。组态上送的相应的通讯点。

c.    根据鼎实公司提供的使用说明书，各协议转换桥启动报文的控制字的前三位分别代表“启动MODBUS扫描”，“读允许”和“写允许”，需在T3000相应通讯块中将这三位置成“1”，保证MODBUS通讯的正常启动。

d.    生成代码并下载至各DPU,激活相应程序。