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)標準,。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(jié)構(gòu),而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進行通信的,。它描述了一控制器請求訪問其它設(shè)備的過程,，如果回應(yīng)來自其它設(shè)備的請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄,。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式,。
    當在一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時，此協(xié)議決定了每個控制器須要知道它們的設(shè)備地址,，識別按地址發(fā)來的消息,，決定要產(chǎn)生何種行動。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)換也擴展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)方案

1.2.1 作為MODBUS主站，提供兩個(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個接口）

1.2.1  作為MODBUS從站，提供兩個(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個接口）

二、項目應(yīng)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(shè)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(shè)計和調(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(luò)通訊實現(xiàn)了將近兩百臺設(shè)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(luò)配置圖（圖1）,，ECS系統(tǒng)是由以下7個部分組成的：

• 中壓MV綜保數(shù)據(jù)采集部分
• 低壓ABB智能保護單元M102-P數(shù)據(jù)采集部分
• 低壓ABB開關(guān)保護儀表采集部分
• 發(fā)電機數(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。

 圖1   系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置圖

2．2項目中的應(yīng)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

 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(guān)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(jié)構(gòu)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(shè)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,。

 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(yīng)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(chǎn)地（德國）最新產(chǎn)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(jié)構(gòu),，并由單獨的通訊處理器負責各路通訊的協(xié)議轉(zhuǎn)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(nèi)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(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,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(yīng)用軟件進行修改,、補充,。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(yīng)用。

 現(xiàn)場照片