ModbusTCP協(xié)議在SIMATICPCS7與第三方通訊中的應用

李曉華

摘 要：以重慶大朗冶金新材料有限公司8*36MVA密閉式礦熱爐年產(chǎn)50萬噸鐵合金項目為例，介紹了Modbus TCP協(xié)議在西門子SIMATIC PCS7系統(tǒng)與北京四方繼保自動化股份有限公司CSC-2000變電站自動化系統(tǒng)之間通訊應用，實現(xiàn)了通訊配置，滿足生產(chǎn)需要，提高了系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性。

關鍵詞：ModbusTCP;SIMATIC PCS7;IEC60870-5-101/104;OPC

1 SIMATIC PCS7 與CSC-2000控制系統(tǒng)特點概述

1.1 SIMATIC PCS7控制系統(tǒng)

SIMATIC PCS 7是西門子公司在TELEPERM系列集散系統(tǒng)和 S5，S7系列可編程控制器的基礎上，結(jié)合最先進的電子制造技術、網(wǎng)絡通訊技術、圖形及圖像處理技術、現(xiàn)場總線技術、計算機技術和先進自動化控制理論，面向所有過程控制應用場合的先進過程控制系統(tǒng)。PCS 7的操作員站采用了客戶/服務器的結(jié)構(gòu)，服務器與客戶機采用標準的以太網(wǎng)連接，監(jiān)控軟件采用SIMATIC WINCC。

SIMATIC WINCC是西門子公司在自動化領域采用最先進的技術與微軟公司共同開發(fā)的居于世界領先地位的工控軟件。基于WINCC的操作員站是一個強大的全面開放的監(jiān)控系統(tǒng)，可以針對任何生產(chǎn)工藝生成漂亮而便捷的人機對話窗口，使操作員能夠清晰地參與生產(chǎn)過程。

1.2 CSC-2000自動化系統(tǒng)

CSC-2000變電站自動化系統(tǒng)（V2）是北京四方繼保自動化股份有限公司總結(jié)多年變電站自動化系統(tǒng)（SAS）研發(fā)和工程應用經(jīng)驗，參照國際標準，采用最新技術設計的新一代變電站自動化系統(tǒng)。系統(tǒng)包括監(jiān)控、遠動和間隔層的保護、測控裝置。V2系統(tǒng)在支持IEC61850標準的同時，兼容現(xiàn)有標準通信協(xié)議，較好解決了從現(xiàn)有標準到IEC61850的過渡問題，系統(tǒng)具有良好的開放性。

2 SIMATIC PCS7 與 CSC-2000 控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)相互傳輸必要性及實施

根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，需要采集電爐變壓器高壓側(cè)參數(shù)，但SIMATIC PCS7 與 CSC-2000兩套系統(tǒng)并沒有直接的通信協(xié)議可用，針對實際情況采用以下方法實現(xiàn)CSC-2000系統(tǒng)數(shù)據(jù)單向傳輸?shù)絊IMATIC PCS7控制系統(tǒng)，讓礦熱爐系統(tǒng)操作員盡可能看全參數(shù)，通過對各種參數(shù)進行分析判斷，達到最佳控爐，提高電爐的控制與管理水平。

2.1 110KV變電站增加一臺通訊管理機

針對CSC-2000控制系統(tǒng)后臺無法提供OPC數(shù)據(jù)服務，而現(xiàn)有兩臺通訊管理機是供系統(tǒng)本身用，采用的IEC60870-5-101、102、104電力規(guī)約，現(xiàn)增加一臺CSC-1316B通訊管理機用于將礦熱爐需要的數(shù)據(jù)以MODBUS TCP通訊協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)出各個高壓參數(shù)。新增通信管理機IP設置為192.168.2.100，配置用電腦IP設置為192.168.2.120，連接好通信管理機、交換機、電腦后，使用北京四方CSC-1316調(diào)試工具進行配置。

2.2 110KV變電站增加一臺SIMATIC WINCC上位機

110KV變電站控制室增加一臺電腦，打開機箱安裝兩張獨立網(wǎng)卡，安裝純凈的WIN7 64位操作系統(tǒng)，安裝PC需要的各個驅(qū)動程序，安裝西門子SIMATIC WINCC，特別要注意，此軟件版本必須高于V7.0，接下來安裝WINCC需要的各個授權(quán)文件，其中一個網(wǎng)口IP設置為192.168.2.121，用于接入通訊管理機，另一個網(wǎng)口IP設置為192.168.9.2，用于接入礦熱爐自控系統(tǒng)，完成后重新啟動電腦。

新建一個項目文件，項目名稱更換為110KV OPC_Server，在變量管理器里面加載Modbus TCPIP驅(qū)動程序，新建一個連接，點右鍵設置連接參數(shù)，具體參數(shù)如下：CPU類型為Premium，Micro;服務器：192.168.2.100;端口：502;遠程從站地址：100;選擇轉(zhuǎn)換字類型數(shù)據(jù)為16位值，根據(jù)通訊地址碼表建立變量。

110KV站數(shù)據(jù)不僅僅是礦熱爐控制系統(tǒng)需要讀取，在后續(xù)建設的EMS、MES系統(tǒng)也會用到，因此110KV OPC_Server服務器是用于將110KV站數(shù)據(jù)通過MODBUS TCP讀取，以OPC協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)，所以需要配置DCOM，一切配置好后重啟電腦，啟動SIMATIC WINCC，激活項目，用OPC客戶端調(diào)試軟件能讀取數(shù)據(jù)，至此，110KV站數(shù)據(jù)通過MODBUS TCP和OPC轉(zhuǎn)發(fā)成功。

2.3 SIMATIC PCS7控制系統(tǒng)讀取110KV站數(shù)據(jù)

礦熱爐自控系統(tǒng)上位機讀取110KV站的數(shù)據(jù)在這可有兩個選擇，一是用MODBUS TCP通訊協(xié)議按110KV OPC_Server讀取110KV站的數(shù)據(jù)方式，二是用OPC協(xié)議讀110KV OPC_Server數(shù)據(jù)。為了降低110KV站通訊管理機通訊負荷（如果用MODBUS TCP讀取數(shù)據(jù)，那每臺上位機都要和通訊管理機通訊），采用OPC協(xié)議讀110KV OPC_Server數(shù)據(jù)，和110KV OPC_Server一樣需要配置DCOM，配置完成后重啟電腦，用OPC客戶端調(diào)試軟件就能正確讀取OPC服務器數(shù)據(jù)。

礦熱爐自控系統(tǒng)上位機已經(jīng)有WINCC項目文件，在變量管理器里面加載OPC驅(qū)動程序，新建一個OPC連接，在OPC條目管理器里增加變量，至此110KV站數(shù)據(jù)已經(jīng)讀取到礦熱爐控制系統(tǒng)。電爐變壓器一次側(cè)部分數(shù)據(jù)需要參與運算和控制，比如變壓器的一次電流、有功功率、有功電量等數(shù)據(jù)，由于工藝特殊性，一次電流有可能會突變增大，會引起110KV站綜合保護器過流保護動作跳停電爐變壓器，因此在礦熱爐自控系統(tǒng)里設計一次電流大于設定值延時自動將變壓器檔位調(diào)低一檔，保障電爐變壓器不會因綜合保護器過流保護動作跳停。需要在WINCC項目管理器用全局腳本將OPC變量寫值到STEP7定義的變量，才能在STEP7程序引用電爐變壓器高壓側(cè)參數(shù)。

3 結(jié)語

為了滿足生產(chǎn)需要，不同系統(tǒng)相互讀取數(shù)據(jù)，在實際的使用過程中會經(jīng)常遇到，選擇什么方式需要根據(jù)實際來定，在自動化控制系統(tǒng)中常見的通信協(xié)議有MODBUS RTU、MODBUS TCP、PROFIBUS-DP等。此文結(jié)合實際項目，旨在通過MODBUS TCP通訊協(xié)議讀取異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)集成，構(gòu)建一個為控制中心提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的通用性.

參考文獻

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