一 、概述
1.1 MODBUS簡介
Modbus 協(xié)議是應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（例如以太網(wǎng)）和其它設備之間可以通信,。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標準,。有了它，不同廠商生產的控制設備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡,，進行集中監(jiān)控,。此協(xié)議定義了一個控制器能認識使用的消息結構,而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡進行通信的。它描述了一控制器請求訪問其它設備的過程,，如果回應來自其它設備的請求,，以及怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了消息域格局和內容的公共格式,。
當在一Modbus網(wǎng)絡上通信時,，此協(xié)議決定了每個控制器須要知道它們的設備地址，識別按地址發(fā)來的消息,，決定要產生何種行動,。如果需要回應，控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出,。在其它網(wǎng)絡上,，包含了Modbus協(xié)議的消息轉換為在此網(wǎng)絡上使用的幀或包結構。這種轉換也擴展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡解決節(jié)地址,、路由路徑及錯誤檢測的方法
1.2 SIEMENS卡件實現(xiàn)冗余MODBUS主從通訊的結構方案
1.2.1 作為MODBUS主站,，提供兩個(在CPU允許范圍內，可以更多)接口
所需訂貨： 1×CP341和單一授權（Master）
附加訂貨： 1×CP341和單一授權（Master）（不附帶軟件和文檔,，只含硬件鑰匙）
注：此結構方案為真正的冗余結構,，比較符合S7-400H對MODBUS冗余結構的要求
附加訂貨： 1×CP341和單一授權（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
附加訂貨： 1×CP441-2,1×接口模塊和單一授權
（不附帶軟件和文檔，只含硬件鑰匙）
注： 此結構方案,，在CPU不是冗余系統(tǒng)的情況下,，可以根據(jù)需要提供多個MODBUS接口供系統(tǒng)需要，從結構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構。（示例僅畫了2個接口）
1.2.1 作為MODBUS從站,，提供兩個(在CPU允許范圍內,，可以更多)接口
所需訂貨： 1×CP341和單一授權（Slave）
附加訂貨： 1×CP341和單一授權（Slave）（不附帶軟件和文檔，只含硬件鑰匙）
注：此結構方案為真正的冗余結構,，比較符合S7-400H對MODBUS冗余結構的要求
所需訂貨： 1×CP341和單一授權（Master）
附加訂貨： 1×CP341和單一授權（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
附加訂貨： 1×CP441-2,1×接口模塊和單一授權
（不附帶軟件和文檔，只含硬件鑰匙）
注： 此結構方案,，在CPU不是冗余系統(tǒng)的情況下,，可以根據(jù)需要提供多個MODBUS接口供系統(tǒng)需要，從結構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構。（示例僅畫了2個接口）
二,、項目應用情況
2．1項目介紹
中國海洋石油建滔化工60萬噸甲醇項目是中國海洋石油總公司在海南東方市投資建設的,。上海西門子工業(yè)自動化有限公司承擔了甲醇項目變電所ECS（Electrical Control System）系統(tǒng)的設計和調試工作，這也是西門子公司第一次在中海油東方化工城中承擔項目,。
該系統(tǒng)是以SIMATIC Wincc自動化平臺為主的SCADA系統(tǒng),。通過多層網(wǎng)絡通訊實現(xiàn)了將近兩百臺設備的監(jiān)視，并與其他系統(tǒng)進行了數(shù)據(jù)交換,。
參見系統(tǒng)網(wǎng)絡配置圖（圖1）,，ECS系統(tǒng)是由以下7個部分組成的：
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中壓MV綜保數(shù)據(jù)采集部分
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低壓ABB智能保護單元M102-P數(shù)據(jù)采集部分
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低壓ABB開關保護儀表采集部分
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發(fā)電機數(shù)據(jù)采集部分
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UPS與DC-Panel數(shù)據(jù)采集部分
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與其他系統(tǒng)ESD2000,FCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換
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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開關保護儀表,、發(fā)電機,、UPS以及DC-Panel進行數(shù)據(jù)交換,；作為MODBUS-RTU的從站與ESD2000,FCS進行數(shù)據(jù)交換,。
2．2項目中的應用
項目共包括1臺S7 AS416-2DP，2臺工程師,，2臺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
CP443-5卡,，負責與ABB的智能馬達管理器M102-P進行通訊,，采集各個電機回路的電流，電壓,，功率因數(shù)等,，并對回路的故障和報警信息進行歸檔
3塊CP441-2卡(CP441-2a,CP441-2b,CP441-2c)作為MODBUS 主站讀取其他30個從站信息。連接的MODBUS從站有：ABB的AC31B-GB可編程控制器,，共3臺,，由CP441-2a完成通訊；澳通的綜保:MPM(MM)儀表,，共23臺,，CHLORIDE MASTER GUARD型UPS1臺，威爾信伯瓊斯（勞斯萊斯）柴油發(fā)電機組（60KVA）1臺,，由CP441-2b,CP441-2c完成對它們的信息讀取,，相關信息主要包括電流，功率,，故障報警等,。
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通訊是冗余通訊結構方式,，由CP441-2e,CP441-2f完成通訊；與上級變電所ESD2000系統(tǒng)的通訊由卡件CP441-2d完成,。3塊MODBUS從站卡件目前的設置地址都一樣,，就是說三塊卡件對外的通訊區(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。
該系統(tǒng)于2006年7月正式投入生產運行,，目前系統(tǒng)運行可靠,，符合用戶要求，并且可以根據(jù)用戶要求打印合適的報表系統(tǒng),，得到中海油甲醇項目組的一致認可,。
附圖：正在運行的系統(tǒng)
三、應用體會
整個系統(tǒng)的配置中,，主要元器件采用高性能規(guī)格的原產地（德國）最新產品,；通訊協(xié)議：與上位機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,；采用星型結構,，并由單獨的通訊處理器負責各路通訊的協(xié)議轉換及數(shù)據(jù)處理；可實現(xiàn)很好的故障隔離:通訊單元的故障只限于單元內部,，單路通訊故障（如斷線,、短接）不會影響其它部分的通訊。
系統(tǒng)可靠安全性從產品性能,、總線協(xié)議及組網(wǎng)結構上得到保證,系統(tǒng)中的任何故障只影響局部.軟件采用模塊化設計,并采用了當前最先進的WINCC開放性監(jiān)控軟件,用戶可以對系統(tǒng)的應用軟件進行修改,、補充。系統(tǒng)硬件結構：上位網(wǎng)為光纖冗余環(huán)網(wǎng), 現(xiàn)場總線為星型結構,，用戶可根據(jù)需要增加相應的接口如CP441-2等擴展系統(tǒng)的規(guī)模,。
以上特點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目的應用,。
