如何实现DCS系统与变频器间的通讯

——泗博自动化Modbus转PROFIBUS DP网关在冶金行业的应用

摘要：本文就FOXBORO的DCS系统与森兰变频器之间的通信，介绍如何实现Modbus和PROFIBUS DP协议设备的相互通信、上海泗博自动化的Modbus转PROFIBUS DP网关PM-160在其中的应用，以及这两种不同通信协议的通信方式。

关键词：Modbus协议 PROFIBUS DP协议 Modbus转PROFIBUS DP 串口转PROFIBUS DP PM-160

背景：

现代科学技术和工业的迅速发展，不断促进着自动化控制技术及设备通信技术的创新和发展。当前，PLC、DCS、智能仪表等已广泛应用到现场生产控制系统中，本应用案例是FOXBORO的DCS系统与森兰变频器之间在冶金行业的通讯。上海泗博自动化技术有限公司为工业现场提供了一系列的通信解决方案。

氧化铝适合用作研磨材料及切割工具，氧化铝粉末常用作色层分析的媒介物，本应用案例以中国铝业80万吨氧化铝项目为背景，介绍上海泗博自动化的Modbus转PROFIBUS DP网关PM-160将现场使用的森兰变频器的各项参数转化为PROFIBUS DP通讯并上传到FOXBORO的DCS系统。

部分系统图：

系统要求：

通过FOXBORO的DCS系统监控现场变频器的运行情况。该系统使用的变频器为森兰变频器，通讯接口为RS485，采用的是Modbus RTU通讯协议。

系统要求采集的部分数据如下：

配置方式：

在网关PM-160的配置软件PMG-123中对需要读取的数据进行命令配置。按照现场需求，在配置软件中配置两条命令，其中一条读命令（03 读保持寄存器）读取 “主状态字”、“运行频率”等9个寄存器的数据（参照“通讯状态变量表”），另外一条写命令（16 预置多个寄存器）写4个寄存器的数据（参照“通讯指令变量表”）。

子网参数界面如下图所示，在该界面，用户可设置PM-160与变频器通讯的接口参数：串口通讯波特率、数据位、奇偶检验方式、停止位、通许传输模式、输出命令轮循模式等。PM-160支持常用的串口通讯参数，用户根据实际设备的串口参数配置网关PM-160的上述参数。

“读保持寄存器”命令配置界面如下图所示：

“Modbus寄存器起始地址”（十进制）对应用户通讯说明中的“Modbus地址”（十六进制）。通讯说明中的“Modbus地址”是16进制的，但PM-160配置软件PMG-123中该地址为10进制。因此配置命令时，该地址需要进行相应转换：3210对应于12816。

当需要连续读取寄存器时，可在该界面设置“数据个数”，指要读取的寄存器个数（或者线圈个数：位命令）。下图配置表示连续读取变频器参数：主状态字、运行频率、算术单元1输出、算术单元2输出、给定频率、输出电流、输出转矩、输出电压和母线电压。

“内存映射起始地址”是该条命令读到的9个寄存器数据在PM-160内存存储区对应的起始地址。在PROFIBUS DP主站DCS系统中，主站分配的I/O映射区地址和配置软件PMG-123中的“内存映射起始地址”是一一对应的。

“预置多个寄存器” 命令配置界面如下图所示，“Modbus寄存器起始地址”（十进制）对应用户通讯说明中的“Modbus地址”（十六进制）。通讯说明中的“Modbus地址”是16进制的，但PM-160配置软件PMG-123中该地址为10进制。因此配置命令时，该地址需要进行相应转换：3200对应于12800。当需要连续写寄存器时，可在该界面设置“数据个数”，指要写的寄存器个数（或者线圈个数：位命令）。下图配置表示连续写变频器参数：主控制字、通讯给定频率、上位机模拟量1和上位机模拟量2。

组态界面：

在DCS的硬件组态界面中，注册网关PM-160的GSD文件后，在PROFIBUS DP总线下组态1个PROFIBUS DP从站（PM-160），其中，从站对应的地址应该与网关PM-160的数码管显示值一致。PM-160支持多种数据块，用户只需根据需要添加对应的数据块（也可多次添加不同的数据块），建立PROFIBUS DP主站I/O映射区和PROFIBUS DP从站（PM-160）内存的映射关系。组态好、编译下载后开始数据调试通讯。组态界面如下所示：

系统优点：

1台Modbus转PROFIBUS DP网关PM-160将森兰变频器运行的各项参数数据（Modbus协议格式传输）转换为PROFIBUS DP协议数据并映射到DCS中，通过网关PM-160，DCS系统只要读写相应的I/O映射区即可实现对现场变频器的实时监控。配置简单，使用方便，运行稳定。