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一 、概述
1.1 MODBUS簡介
Modbus 協議是應用於電子控製器上的一種通用語言。通過此協議，控製器相互之間、控製器經由網絡（例如以太網）和he其qi它ta設she備bei之zhi間jian可ke以yi通tong信xin。它ta已yi經jing成cheng為wei一yi通tong用yong工gong業ye標biao準zhun。有you了le它ta，不bu同tong廠chang商shang生sheng產chan的de控kong製zhi設she備bei可ke以yi連lian成cheng工gong業ye網wang絡luo，進jin行xing集ji中zhong監jian控kong。此ci協xie議yi定ding義yi了le一yi個ge控kong製zhi器qi能neng認ren識shi使shi用yong的de消xiao息xi結jie構gou,而(er)不(bu)管(guan)它(ta)們(men)是(shi)經(jing)過(guo)何(he)種(zhong)網(wang)絡(luo)進(jin)行(xing)通(tong)信(xin)的(de)。它(ta)描(miao)述(shu)了(le)一(yi)控(kong)製(zhi)器(qi)請(qing)求(qiu)訪(fang)問(wen)其(qi)它(ta)設(she)備(bei)的(de)過(guo)程(cheng)，如(ru)果(guo)回(hui)應(ying)來(lai)自(zi)其(qi)它(ta)設(she)備(bei)的(de)請(qing)求(qiu)，以(yi)及(ji)怎(zen)樣(yang)偵(zhen)測(ce)錯(cuo)誤(wu)並(bing)記(ji)錄(lu)。它(ta)製(zhi)定(ding)了(le)消(xiao)息(xi)域(yu)格(ge)局(ju)和(he)內(nei)容(rong)的(de)公(gong)共(gong)格(ge)式(shi)。
當在一Modbus網wang絡luo上shang通tong信xin時shi，此ci協xie議yi決jue定ding了le每mei個ge控kong製zhi器qi須xu要yao知zhi道dao它ta們men的de設she備bei地di址zhi，識shi別bie按an地di址zhi發fa來lai的de消xiao息xi，決jue定ding要yao產chan生sheng何he種zhong行xing動dong。如ru果guo需xu要yao回hui應ying，控kong製zhi器qi將jiang生sheng成cheng反fan饋kui信xin息xi並bing用yongModbus協議發出。在其它網絡上，包含了Modbus協議的消息轉換為在此網絡上使用的幀或包結構。這種轉換也擴展了根據具體的網絡解決節地址、路由路徑及錯誤檢測的方法
1.2 SIEMENS卡件實現冗餘MODBUS主從通訊的結構方案
1.2.1 作為MODBUS主站，提供兩個(在CPU允許範圍內，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，隻含硬件鑰匙）
注：此結構方案為真正的冗餘結構，比較符合S7-400H對MODBUS冗餘結構的要求
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，隻含硬件鑰匙）
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，隻含硬件鑰匙）
注： 此結構方案，在CPU不是冗餘係統的情況下，可以根據需要提供多個MODBUS接口供係統需要，從結構上看是雙路徑甚至是多路徑通訊的，但因CPU非冗餘，故也不能稱之為冗餘結構。（示例僅畫了2個接口）
1.2.1 作為MODBUS從站，提供兩個(在CPU允許範圍內，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，隻含硬件鑰匙）
注：此結構方案為真正的冗餘結構，比較符合S7-400H對MODBUS冗餘結構的要求
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，隻含硬件鑰匙）
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，隻含硬件鑰匙）
注： 此結構方案，在CPU不是冗餘係統的情況下，可以根據需要提供多個MODBUS接口供係統需要，從結構上看是雙路徑甚至是多路徑通訊的，但因CPU非冗餘，故也不能稱之為冗餘結構。（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。上海西門子工業自動化有限公司承擔了甲醇項目變電所ECS（Electrical Control System）係統的設計和調試工作，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。
該係統是以SIMATIC Wincc自動化平台為主的SCADA係統。通過多層網絡通訊實現了將近兩百台設備的監視，並與其他係統進行了數據交換。
參見係統網絡配置圖（圖1），ECS係統是由以下7個部分組成的：
- 中壓MV綜保數據采集部分
- 低壓ABB智能保護單元M102-P數據采集部分
- 低壓ABB開關保護儀表采集部分
- 發電機數據采集部分
- UPS與DC-Panel數據采集部分
- 與其他係統ESD2000,FCS係統的數據交換
- 上位WINCC 部分
上述係統都是以S7 416-2DP 主CPU模塊為核心，通過工業以太網與上位WINCC顯示交換數據，通過PROFIBUS-DP通訊方式與智能保護單元M102-P交換數據。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、發電機、UPS以及DC-Panel進行數據交換；作為MODBUS-RTU的從站與ESD2000,FCS進行數據交換。
圖1 係統網絡配置圖
2．2項目中的應用
項目共包括1台S7 AS416-2DP，2台工程師，2台OSM TP22交換 上位（HMI）係統是由SIEMENS公司的WINCC V6.0+SP3 Asia軟件編製。在CPU416-2DP後，共帶CP卡件9塊，其中CP443-5卡2塊，CP443-1以太網卡件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，功率因數等，並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可編程控製器，共3台，由CP441-2a完成通訊；澳通的綜保:MPM(MM)儀表，共23台，CHLORIDE MASTER GUARD型UPS1台，威爾信伯瓊斯（勞斯萊斯）柴油發電機組（60KVA）1台，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從站接收其他係統主站的訪問。在本係統中，與FCS係統（橫河DCS係統）的MODBUS通訊是冗餘通訊結構方式，由CP441-2e,CP441-2f完成通訊；與上級變電所ESD2000係統的通訊由卡件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域是一致的，其他係統主站可訪問任意一卡件，均能與本ECS係統交換數據，最大一次交換數據為255Bytes。
在STEP7 V5.3 內的硬件組態結構如下圖3
該係統於2006年7月yue正zheng式shi投tou入ru生sheng產chan運yun行xing，目mu前qian係xi統tong運yun行xing可ke靠kao，符fu合he用yong戶hu要yao求qiu，並bing且qie可ke以yi根gen據ju用yong戶hu要yao求qiu打da印yin合he適shi的de報bao表biao係xi統tong，得de到dao中zhong海hai油you甲jia醇chun項xiang目mu組zu的de一yi致zhi認ren可ke。
附圖：正在運行的係統
三、應用體會
整個係統的配置中，主要元器件采用高性能規格的原產地（德國）最新產品；通訊協議：與上位機的通訊采用高速工業以太網，現場總線分別采用了Profibus-DP，MODBUS-RTU 協議；采用星型結構，並由單獨的通訊處理器負責各路通訊的協議轉換及數據處理；可實現很好的故障隔離:通訊單元的故障隻限於單元內部，單路通訊故障（如斷線、短接）不會影響其它部分的通訊。
係統可靠安全性從產品性能、總線協議及組網結構上得到保證,係統中的任何故障隻影響局部.軟件采用模塊化設計,並采用了當前最先進的WINCC開放性監控軟件,用戶可以對係統的應用軟件進行修改、補充。係統硬件結構：上位網為光纖冗餘環網, 現場總線為星型結構，用戶可根據需要增加相應的接口如CP441-2等擴展係統的規模。
以上特點充分證明西門子冗餘串行通訊在讀取第三方係統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。
現場照片
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