一 ,、概述

1.1 MODBUS簡介

Modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言,。通過此協(xié)議，控制器相互之間,、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),。有了它,，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控,。此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用的消息結(jié)構(gòu),而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的,。它描述了一控制器請(qǐng)求訪問其它設(shè)備的過程，如果回應(yīng)來自其它設(shè)備的請(qǐng)求,，以及怎樣偵測錯(cuò)誤并記錄,。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。
    當(dāng)在一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí),，此協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來的消息,，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng),。如果需要回應(yīng)，控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出,。在其它網(wǎng)絡(luò)上，包含了Modbus協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu),。這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決節(jié)地址,、路由路徑及錯(cuò)誤檢測的方法

1.2   SIEMENS卡件實(shí)現(xiàn)冗余MODBUS主從通訊的結(jié)構(gòu)方案

1.2.1 作為MODBUS主站，提供兩個(gè)(在CPU允許范圍內(nèi),，可以更多)接口

所需訂貨：  1×CP341和單一授權(quán)（Master）

附加訂貨：  1×CP341和單一授權(quán)（Master）（不附帶軟件和文檔,，只含硬件鑰匙）

注：此結(jié)構(gòu)方案為真正的冗余結(jié)構(gòu),，比較符合S7-400H對(duì)MODBUS冗余結(jié)構(gòu)的要求

 所需訂貨： 1×CP341和單一授權(quán)（Master）

附加訂貨：  1×CP341和單一授權(quán)（Master）   

（不附帶軟件和文檔,，只含硬件鑰匙）    

 所需訂貨： 1×CP441-2,1×接口模塊和單一授權(quán)

 附加訂貨：  1×CP441-2,1×接口模塊和單一授權(quán) 

  （不附帶軟件和文檔,，只含硬件鑰匙）

注： 此結(jié)構(gòu)方案，在CPU不是冗余系統(tǒng)的情況下,，可以根據(jù)需要提供多個(gè)MODBUS接口供系統(tǒng)需要,，從結(jié)構(gòu)上看是雙路徑甚至是多路徑通訊的，但因CPU非冗余,，故也不能稱之為冗余結(jié)構(gòu),。（示例僅畫了2個(gè)接口）

1.2.1  作為MODBUS從站，提供兩個(gè)(在CPU允許范圍內(nèi),，可以更多)接口

所需訂貨：  1×CP341和單一授權(quán)（Slave）

附加訂貨：  1×CP341和單一授權(quán)（Slave）（不附帶軟件和文檔,，只含硬件鑰匙）

注：此結(jié)構(gòu)方案為真正的冗余結(jié)構(gòu)，比較符合S7-400H對(duì)MODBUS冗余結(jié)構(gòu)的要求

所需訂貨：  1×CP341和單一授權(quán)（Master）                   

附加訂貨：  1×CP341和單一授權(quán)（Master）

（不附帶軟件和文檔,，只含硬件鑰匙）     

所需訂貨：  1×CP441-2,1×接口模塊和單一授權(quán)

 附加訂貨：  1×CP441-2,1×接口模塊和單一授權(quán) 

（不附帶軟件和文檔,，只含硬件鑰匙）

注： 此結(jié)構(gòu)方案，在CPU不是冗余系統(tǒng)的情況下,，可以根據(jù)需要提供多個(gè)MODBUS接口供系統(tǒng)需要,，從結(jié)構(gòu)上看是雙路徑甚至是多路徑通訊的，但因CPU非冗余,，故也不能稱之為冗余結(jié)構(gòu)。（示例僅畫了2個(gè)接口）

二,、項(xiàng)目應(yīng)用情況

2．1項(xiàng)目介紹

中國海洋石油建滔化工60萬噸甲醇項(xiàng)目是中國海洋石油總公司在海南東方市投資建設(shè)的,。上海西門子工業(yè)自動(dòng)化有限公司承擔(dān)了甲醇項(xiàng)目變電所ECS（Electrical Control System）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試工作，這也是西門子公司第一次在中海油東方化工城中承擔(dān)項(xiàng)目,。

該系統(tǒng)是以SIMATIC Wincc自動(dòng)化平臺(tái)為主的SCADA系統(tǒng),。通過多層網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn)了將近兩百臺(tái)設(shè)備的監(jiān)視，并與其他系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)據(jù)交換,。

參見系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置圖（圖1）,，ECS系統(tǒng)是由以下7個(gè)部分組成的：

• 中壓MV綜保數(shù)據(jù)采集部分
• 低壓ABB智能保護(hù)單元M102-P數(shù)據(jù)采集部分
• 低壓ABB開關(guān)保護(hù)儀表采集部分
• 發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)采集部分
• UPS與DC-Panel數(shù)據(jù)采集部分
• 與其他系統(tǒng)ESD2000,FCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換
• 上位WINCC 部分

上述系統(tǒng)都是以S7 416-2DP 主CPU模塊為核心，通過工業(yè)以太網(wǎng)與上位WINCC顯示交換數(shù)據(jù),，通過PROFIBUS-DP通訊方式與智能保護(hù)單元M102-P交換數(shù)據(jù),。作為主站以MODBUS-RTU的通訊方式與中壓MV綜保、低壓ABB開關(guān)保護(hù)儀表,、發(fā)電機(jī),、UPS以及DC-Panel進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；作為MODBUS-RTU的從站與ESD2000,FCS進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,。

 圖1   系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置圖

2．2項(xiàng)目中的應(yīng)用

項(xiàng)目共包括1臺(tái)S7 AS416-2DP,，2臺(tái)工程師，2臺(tái)OSM TP22交換 上位（HMI）系統(tǒng)是由SIEMENS公司的WINCC V6.0+SP3 Asia軟件編制,。在CPU416-2DP后,，共帶CP卡件9塊,，其中CP443-5卡2塊，CP443-1以太網(wǎng)卡件1塊,，CP441-2卡共6塊,。如圖2通訊站分布

 圖2     通訊站分布

CP443-5卡，負(fù)責(zé)與ABB的智能馬達(dá)管理器M102-P進(jìn)行通訊,，采集各個(gè)電機(jī)回路的電流,，電壓，功率因數(shù)等,，并對(duì)回路的故障和報(bào)警信息進(jìn)行歸檔

3塊CP441-2卡(CP441-2a,CP441-2b,CP441-2c)作為MODBUS 主站讀取其他30個(gè)從站信息,。連接的MODBUS從站有：ABB的AC31B-GB可編程控制器，共3臺(tái),，由CP441-2a完成通訊,；澳通的綜保:MPM(MM)儀表，共23臺(tái),，CHLORIDE MASTER GUARD型UPS1臺(tái),，威爾信伯瓊斯（勞斯萊斯）柴油發(fā)電機(jī)組（60KVA）1臺(tái)，由CP441-2b,CP441-2c完成對(duì)它們的信息讀取,，相關(guān)信息主要包括電流,，功率，故障報(bào)警等,。

 3塊CP441-2卡(CP441-2d,CP441-2e,CP441-2f)作為MODBUS從站接收其他系統(tǒng)主站的訪問,。在本系統(tǒng)中，與FCS系統(tǒng)（橫河DCS系統(tǒng)）的MODBUS通訊是冗余通訊結(jié)構(gòu)方式,，由CP441-2e,CP441-2f完成通訊,；與上級(jí)變電所ESD2000系統(tǒng)的通訊由卡件CP441-2d完成。3塊MODBUS從站卡件目前的設(shè)置地址都一樣,，就是說三塊卡件對(duì)外的通訊區(qū)域是一致的,，其他系統(tǒng)主站可訪問任意一卡件，均能與本ECS系統(tǒng)交換數(shù)據(jù),，最大一次交換數(shù)據(jù)為255Bytes,。

 在STEP7 V5.3 內(nèi)的硬件組態(tài)結(jié)構(gòu)如下圖3

該系統(tǒng)于2006年7月正式投入生產(chǎn)運(yùn)行，目前系統(tǒng)運(yùn)行可靠,，符合用戶要求,，并且可以根據(jù)用戶要求打印合適的報(bào)表系統(tǒng)，得到中海油甲醇項(xiàng)目組的一致認(rèn)可,。

附圖：正在運(yùn)行的系統(tǒng)

三,、應(yīng)用體會(huì)

     整個(gè)系統(tǒng)的配置中，主要元器件采用高性能規(guī)格的原產(chǎn)地（德國）最新產(chǎn)品；通訊協(xié)議：與上位機(jī)的通訊采用高速工業(yè)以太網(wǎng),，現(xiàn)場總線分別采用了Profibus-DP,，MODBUS-RTU 協(xié)議；采用星型結(jié)構(gòu),，并由單獨(dú)的通訊處理器負(fù)責(zé)各路通訊的協(xié)議轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理,；可實(shí)現(xiàn)很好的故障隔離:通訊單元的故障只限于單元內(nèi)部，單路通訊故障（如斷線,、短接）不會(huì)影響其它部分的通訊,。

系統(tǒng)可靠安全性從產(chǎn)品性能、總線協(xié)議及組網(wǎng)結(jié)構(gòu)上得到保證,系統(tǒng)中的任何故障只影響局部.軟件采用模塊化設(shè)計(jì),并采用了當(dāng)前最先進(jìn)的WINCC開放性監(jiān)控軟件,用戶可以對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件進(jìn)行修改,、補(bǔ)充,。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)：上位網(wǎng)為光纖冗余環(huán)網(wǎng), 現(xiàn)場總線為星型結(jié)構(gòu)，用戶可根據(jù)需要增加相應(yīng)的接口如CP441-2等擴(kuò)展系統(tǒng)的規(guī)模,。

以上特點(diǎn)充分證明西門子冗余串行通訊在讀取第三方系統(tǒng)中的高可靠性和靈活性,，非常適合新建和改造變電所等項(xiàng)目的應(yīng)用。

 現(xiàn)場照片