Modbus 轉 Profibus-DP 網關在 DCS 與 PLC通信中的應用

章明智

（江西瑞林電氣自動化有限公司，江西南昌 330038）

隨著控制系統的功能越來越強大，用戶對生產的安全性、可靠性、自動化程度等要求越來越高。第三方設備需要通過通信方式實現DCS 上位機的監控，但有時會遇到DCS 與第三方設備通信協議不一致的情況，此時就需要用到通信協議轉換的網關。Modbus 轉Profibus-DP 網關是一種應用廣泛的通信協議轉換器，可快速、高效、低成本地將Modbus 設備接入到Profibus-DP 總線，實現兩種不同總線設備的互聯互通[1]。在中金嶺南離心霧化控制系統項目中，現場有4 臺Modbus 通信協議的螺桿空壓機需要與橫河 DCS 通信，但是 DCS 未配備 Modbus 通信模塊，只配備了1 塊Profibus-DP 模塊，在這種情況下，筆者采用Modbus 轉Profibus-DP 網關將4 臺螺桿空壓機的數據通信至DCS，解決了不同通信協議設備之間的通信問題。

1 網關簡介

本文采用的網關CBT-1001M 采用標準Profibus-DP 協議，用于將標準Modbus 總線產品連至Profibus 總線，工作電壓DC 15～30 V，各個通信口及電源全部使用光電隔離，隔離電壓達2 500 V，同時通信口有防靜電防浪涌設計，雙Profibus 通信口設計使接線更方便，Profibus 通信口 9 600 bps～6 Mbps 自適應波特率，總通信字節不超過244 Bytes，傳輸距離不超過 1 200 m；Modbus RTU 支持 01、02、03、04、05、06、15、16 命令，通信方式為 1.2 ～115.2 Kbps，8位數據位，1 位停止位，奇/偶/無校驗均可配置，主機模式下支持連接12 個Modbus 從設備。

2 DP 通訊軟件配置

螺桿空壓機控制器支持485 半雙工通信，支持Modbus 協議的子集。通信格式為 RTU 方式，8 位數據位，1 位停止位，1 位偶校驗。支持 03 號和 06 號兩條Modbus 命令。螺桿空壓機參數見表1。

表1 螺桿空壓機參數

本文中使用的橫河DCS 采用了ALP111 通訊卡件，在進行DP 通信配置過程中需要用到第三方軟件SYCON-YOKO。該軟件是德國赫優訊(Hilscher)專門為橫河Profibus 通信制作的軟件，只用于橫河系統[2]。

打開 SYCON-YOKO 軟件，導入 CBT-1001M 網關的 GSD 文件，建 1 個 Master 站，建好后選中Master 雙擊設置站號，CBT-1001M 網關的波特率為自適應，所以這里使用默認即可； 再建一個Slave站，選中Slave 雙擊設置站號5，選擇32 byte in 32 byte out 的映射數據，如圖1。

圖1 從站參數設置

上述配置完成后，接下來對設備專用參數進行設置，主要是對Modbus 通信口相關參數的設置，所設置參數和Modbus 端所連接的Modbus 設備有關。

1）Module addr select。該參數是對需要訪問的設備地址進行設置，如圖2。因為實際訪問的設備地址是1，所以1#Module addr select 使用默認值1。

圖2 Module addr select

2）Modbus CMD select。該參數用于設置各個命令通道所使用的功能碼，可以支持 01、02、03、04、05、06、15、16 功能碼。這里需要用到 03 和 06 兩個功能碼，如圖3。

圖3 Modbus CMD select

3）Profibus REG select。1# 至 12# Profibus REG select 分別選擇各個Modbus 命令通道所操作的數據在Profibus 緩存區對應的首地址。PIW 為本模塊向Profibus 主站傳送的數據緩沖區，因此從Modbus 從設備讀得的數據應當存放在PIW 區域，如圖4。

圖4 Profibus REG select

4）Modbus R/W length。此選項規定單條Modbus命令通道所訪問的Modbus 從設備的寄存器數量，同時設定所占用的相應的Profibus 緩沖區的長度，如圖5。

圖5 Modbus R/W length

5）Modbus REG high/ low addr 。MODBUS REG高地址為Modbus 寄存器地址的高8 位；MODBUS REG 低地址為Modbus 寄存器地址的低8 位。如圖6 所示，Modbus 寄存器訪問Modbus 寄存器地址或從器件的起始地址。值得注意的是當訪問標準的Modbus 寄存器地址時，該值為被訪問的地址減1，如果寄存器地址是從0 開始的就不需要減1。要讀取寄存器地址10（十進制）的數據，將10 按十六進制表示為000AH，這里將MODBUS REG 高地址設置為00H，MODBUS REG 低地址為0AH，依此類推。

圖6 Modbus REG high/ low addr

6）Modbus Communicate Para。該參數這里設置位 9.6 K，e，8，1，表示 9 600 bps 波特率，1 位偶校驗，8 位數據位，1 位停止位。

上述全部配置完成后保存項目并導出DBM 數據文件。

通過配置下面的參數，實現此模塊的Modbus 通信口對多個標準Modbus 從站設置進行數據通信，間接實現Profibus-DP 主機與Modbus 設備數據交換的目的。設置好參數后的模塊Modbus 通信口將按照各命令端口的先后順序周期性地請求與之相連的從機。

3 DCS 軟件配置

在DCS 組態軟件里，打開ALP111 卡件的屬性窗口，在詳細設置選項的Profibus configuration data file 一欄里導入DBM 數據文件，然后在通信表上按表2 分配地址，數字量數據在WB 表里分解。完成DCS 組態后，連通DP 網絡，就可以在DCS 上監視螺桿空壓機的數據了。其中，Program Name 為組態的ALP111 卡件名，Port 為ALP111 卡上被使用的接口。由于ALP111 卡上下口其實是一個口，只能用一個，只是分公母而已，因此這里填 1 和2 都無區別。Station 為網關從站地址，Device&Address 為組態的映射數據，1-1 表示SLOT 1 INDX 1 通道送過來的第1 個值。

表2 通信表配置

4 結語

在中金嶺南離心霧化控制系統項目中，技術人員在節省成本、不增加Modbus 模塊的情況下，采用Modbus 轉 Profibus-DP 網關，將 4 臺螺桿空壓機Modbus 協議轉換成 Profibus-DP 協議，然后通過Profibus-DP 通信方式將DCS 與網關構成了一個可以交換信息的整體[3]，從而實現了在中控室的上位機上實時監控螺桿空壓機的運行參數。Modbus 轉Profibus-DP 網關為工業級，運行穩定可靠，且成本低，價格遠低于橫河Modbus 模塊。通過本項目的成功應用，為以后在項目中遇到未配備Modbus 模塊的情況，或者需要考慮項目成本的情況時提供了設計參考。