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它沒有起始位和停止位,而是由至少3.5個字符間隔時間作為息的起始和結(jié)束標(biāo)志。息幀所有字符位由16進(jìn)制字符0-9、A-F組成。 Modbus RTU通訊協(xié)議幀結(jié)構(gòu):圖5 RTU通訊協(xié)議幀格式 Modbus RTU方式主站讀取從站寄存器數(shù)據(jù)示例:主設(shè)備查詢。圖6 主設(shè)備查詢格式 Modbus RTU方式主站讀取從站寄存器數(shù)據(jù)示例:從設(shè)備響應(yīng)。圖7 從設(shè)備響應(yīng)格式 2.3 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成及硬件介紹 如圖1所示,在該系統(tǒng)設(shè)計中有兩個網(wǎng)絡(luò)使用了上海泗博自動化的Modbus轉(zhuǎn)Profibus-DP網(wǎng)關(guān)PM-160。網(wǎng)關(guān)在這兩個網(wǎng)絡(luò)中的作用不一樣,其中: 在上層網(wǎng)絡(luò)中(建立西門子S7-300PLC和橫河DCS連接通),Modbus轉(zhuǎn)Profibus-DP網(wǎng)關(guān)PM-160在Modbus側(cè)做Modbus從站,在Profibus-DP側(cè)做從站,建立Profibus-DP主站(西門子S7-300 PLC)和Modbus主站(橫河CS3000)的通。DCS通部分采用橫河型號為ALR121的通模塊,并配套橫河提供的Modbus通軟件包,該通模塊通數(shù)據(jù)容量為4000字。通過上海泗博自動化的網(wǎng)關(guān)配置軟件對PM-160進(jìn)行相關(guān)配置,將DCS的讀、寫指令及數(shù)據(jù)做相應(yīng)轉(zhuǎn)換、存儲,并映射到西門子PLC的輸入、輸出映像區(qū),以實現(xiàn)對上下位機控制息的實時傳輸。 在下層網(wǎng)絡(luò)中(建立西門子S7-300PLC和現(xiàn)場智能儀表的連接通),Modbus轉(zhuǎn)Profibus-DP網(wǎng)關(guān)PM-160在Modbus側(cè)做Modbus主站,在Profibus-DP側(cè)做從站,建立Modbus從站(現(xiàn)場各種智能儀表(現(xiàn)場電機、智能開關(guān)、變頻器、傳感器等))與Profibus-DP主站(西門子S7-300PLC)的通。串口網(wǎng)絡(luò)(現(xiàn)場智能儀表)設(shè)備接口為RS485或者RS232,它們都可以通過上海泗博自動化的Modbus轉(zhuǎn)Profibus-DP網(wǎng)關(guān)PM-160實現(xiàn)與西門子S7-300PLC的連接通。其中,通過使用網(wǎng)關(guān)的配套配置軟件對PM-160進(jìn)行相關(guān)配置,將需要采集的從站設(shè)備息通過網(wǎng)關(guān)讀、寫命令及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、存儲,映射到西門子PLC的輸入、輸出映射區(qū),以實現(xiàn)PLC對現(xiàn)場智能儀表數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控。三、 Modbus轉(zhuǎn)Profibus-DP網(wǎng)關(guān)PM-160的配置 PM-160是通用型Modbus/RS485/RS422/RS232到Profibus-DP的協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān),在網(wǎng)關(guān)RAM中建立了Modbus/RS485/RS422/RS232到Profibus-DP的映射數(shù)據(jù)區(qū),由軟件實現(xiàn)Modbus/RS485/RS422/RS232到Profibus-DP的協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)交換。凡具有RS485/422/232接口的設(shè)備(Modbus協(xié)議或者非標(biāo)協(xié)議)都可以通過PM-160與現(xiàn)場總線Profibus-DP互聯(lián)。其中,PM-160在與Profibus-DP通訊是作為Profibus-DP從站,PM-160在與串口設(shè)備通時,可以作Modbus主站、Modbus從站,也支持與非標(biāo)串口設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸。通過在西門子STEP7中注冊網(wǎng)關(guān)PM-160的GSD文件,即可在該編程軟件中對該網(wǎng)關(guān)進(jìn)行相關(guān)硬件和軟件配置,完成相應(yīng)的通訊功能。請見如下詳細(xì)的硬件和軟件配置方法:1、 Modbus轉(zhuǎn)Profibus-DP網(wǎng)關(guān)PM-160的硬件配置 PM-160的Profibus-DP從站地址可以通過網(wǎng)關(guān)的硬件旋碼開關(guān)或者配置按鈕來設(shè)置。旋碼開關(guān)有兩位,左側(cè)位設(shè)置地址高位(十位),右側(cè)位設(shè)置地址低位(個位)。通過撥碼開關(guān)可設(shè)置網(wǎng)關(guān)PM-160處于正常運行狀態(tài)或者配置狀態(tài)。當(dāng)PM-160處于配置狀態(tài)時,用戶可通過配套配置軟件設(shè)置相關(guān)讀寫命令和參數(shù)。 PM-160自帶標(biāo)準(zhǔn)Profibus-DP接口,用戶可使用標(biāo)準(zhǔn)Profibus-DP連接頭和標(biāo)準(zhǔn)的Profibus-DP電纜將其連接至Profibus-DP現(xiàn)場總線中。 PM-160提供RS485/422/232三種串口,Modbus從站、主站設(shè)備以及用戶非標(biāo)串口設(shè)備可以通過這三種接口實現(xiàn)與網(wǎng)關(guān)PM-160的連接通訊。PM-160沒有內(nèi)置終端電阻,在進(jìn)行RS485通時,請注意在RS485總線終端各添加一個終端電阻(120歐姆)。2、 Modbus轉(zhuǎn)Profibus-DP網(wǎng)關(guān)PM-160的軟件配置 1) 使用配套軟件設(shè)置PM-160的現(xiàn)場總新和子網(wǎng)相關(guān)參數(shù)和命令 通過撥碼開關(guān)將PM-160設(shè)置為配置狀態(tài),打開安裝的配置軟件 當(dāng)實現(xiàn)PLC與DCS通時,子網(wǎng)協(xié)議類型設(shè)置為Modbus從站,并設(shè)置串口通波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位、停止位、PM-160作為Modbus從站的地址、通接口。其中,串口通波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位、停止位的設(shè)置應(yīng)該和所連接的Modbus主站設(shè)備(DCS)一致;圖8 PM-160在Modbus側(cè)作Modbus從站(連接PLC和DCS) 當(dāng)實現(xiàn)PLC與Modbus設(shè)備通時,子網(wǎng)協(xié)議類型設(shè)置為Modbus主站,并設(shè)置串口通參數(shù)、通訊傳輸模式、通接口等。其中,串口通參數(shù)的設(shè)置應(yīng)該和所連接的Modbus從站設(shè)備一致
數(shù)字化是驅(qū)動中國工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心。中國企業(yè)正在積極乘勢而上。”西門子(中國)有限公司執(zhí)行副總裁兼數(shù)字化工廠集團總經(jīng)理王海濱表示,“西門子對中國工業(yè)發(fā)展有著深刻的理解和洞察,并已經(jīng)為工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型創(chuàng)造了技術(shù)上的先決條件,以幫助中國客戶切實收獲數(shù)字化紅利,實現(xiàn)更高的靈活性、更高的生產(chǎn)效率、更短的產(chǎn)品上市時間以及更好的產(chǎn)品質(zhì)量。”
在此次論壇上,西門子以中國航天科工集團旗下的貴州航天電器智能制造工廠為例,呈現(xiàn)了一套完整的數(shù)字化轉(zhuǎn)型藍(lán)圖,包括項目的整體咨詢設(shè)計和實施。該工廠成為全價值鏈集成的智能制造樣板間,實現(xiàn)“小批量、多品種、定制化”,訂單驅(qū)動的柔性生產(chǎn)模式。“該產(chǎn)線投運后,我們的產(chǎn)能至原來的5倍,產(chǎn)品合格率至99.8%以上,并形成了可復(fù)制與推廣的合作模式和技術(shù)路線。”貴州航天電器股份有限公司董事長陳振宇表示。這一項目入選了中德智能制造試點示范項目,使貴州航天電器成為行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的引領(lǐng)者。
“在過程行業(yè),西門子是率先在工廠整個生命周期提供端到端數(shù)據(jù)模型的供應(yīng)商,涵蓋了從一體化工程和一體化運維到基于數(shù)據(jù)的服務(wù)。”西門子(中國)有限公司執(zhí)行副總裁兼過程工業(yè)與驅(qū)動集團總經(jīng)理林斌表示,“多年來,西門子通過其逐步完善的數(shù)字化企業(yè)解決方案,幫助中國過程工業(yè)客戶不斷優(yōu)化工廠及工藝性能,實現(xiàn)可用性、穩(wěn)定性乃至生產(chǎn)力的大幅。”
中國石化青島煉化公司于2008年開始與西門子合作。十年來,西門子數(shù)字化企業(yè)解決方案內(nèi)包括過程控制、儀表系統(tǒng)、息、優(yōu)化控制等均已在該公司成功應(yīng)用。“在我們向智能制造轉(zhuǎn)型的過程中,西門子工廠資產(chǎn)全生命周期管理和基于大數(shù)據(jù)的性維護(hù)等解決方案,能夠為工廠帶來整體效益的跨越式提
二、常發(fā)生的故障現(xiàn)象分析: 當(dāng)PLC的RS485口經(jīng)非隔離的PC/PPI電纜與電腦連接、PLC與PLC之間連接或PLC與變頻器、觸摸屏等通時有通口損壞現(xiàn)象發(fā)生,較常見的損壞情況如下: ●R1或R2被燒斷,Z1、Z1和SN75176完好。這是由于有較大的瞬態(tài)干擾電流經(jīng)R1或R2、橋式整流、Z1或Z1到地,Z1、Z2能承受10A電流的沖擊,而該電流在R1或R2上產(chǎn)生的瞬態(tài)功率為:102×10=1000W,當(dāng)然會將其燒斷。 ●SN75176損壞,R1、R2和Z1、Z2完好。這主要可能是受到靜電沖擊或瞬態(tài)過電壓速度快于Z1、Z2的動作速度造成的,靜電無處不在,僅人體模式也會產(chǎn)生±15kV的靜電。 ●Z1或Z2、SN75176損壞,R1和R2完好。這可能是受到高電壓低電流的瞬態(tài)干擾電壓將Z1或Z2和SN75176擊穿,由于電流較小和發(fā)生時間較短因而R1、R2不至于發(fā)熱燒斷。 由以上分析得知PLC接口損壞的主要原因是由于瞬態(tài)過電壓和靜電造成,產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓和靜電的原因很多也較復(fù)雜,如由于PLC內(nèi)部24V電源和5V電源共地,24V電源的輸出端子L+、M為其它設(shè)備混合供電可能導(dǎo)致地電位變化,從而造成共模電壓超出允許范圍。所以EIA-485標(biāo)準(zhǔn)要求將各個RS485接口的號地用一條低阻值導(dǎo)線連接在一起以保證各節(jié)點的地電位相等,地線環(huán)流! 當(dāng)帶電插拔未隔離的連接電纜時,由于兩端電位不相等電路中又存在諸多電感、電容之類的器件,插拔瞬間必然產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓或過電流。 連接在RS485總線上的其它設(shè)備產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓或過電流同樣會流入到PLC,總線上連接的設(shè)備站點數(shù)越多,產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓的因素也越多。 當(dāng)通線路較長或有室外架空線時,雷電必然會在線路上造成過電壓,其能量往往是巨大的,常有用戶沮喪地說:“聯(lián)網(wǎng)的幾十臺PLC全部遭打壞了!”。 三、 解決辦法: 1、從PLC內(nèi)部考慮: ●采用隔離的DC/DC將24V電源和5V電源隔離,分析了三菱、歐姆龍、施耐德PLC以及西門子的PROFIBUS接口均是如此。 ●選用帶靜電保護(hù)、過熱保護(hù)、輸入失效保護(hù)等保護(hù)措施完善的高擋次RS485芯片,如:SN65HVD1176D、MAX3468ESA等,這些芯片價格一般在十幾元至幾十元,而SN75176的價格僅為1.5元。 ●采用響應(yīng)速度更快、承受瞬態(tài)功率更大的新型保護(hù)器件TVS或BL浪涌吸收器,如P6KE6.8CA的鉗制電壓為6.8V,承受瞬態(tài)功率為500W,BL器件則可抗擊4000A以上大電流沖擊。 ●R1和R2采用正溫度系數(shù)的自恢復(fù)保險PTC,如JK60-010,正常情況下的電阻值為5歐,并不影響正常通,當(dāng)受到浪涌沖擊時,大電流流過PTC和保護(hù)器件TVS(或BL),PTC的電阻值將驟然增大,使浪涌電流迅速減小。 2、從PLC外部考慮: ● 使用隔離的PC/PPI電纜,盡量不用廉價的非隔離電纜(特別是在工業(yè)現(xiàn)場)。西門子公司早期出產(chǎn)的PC/PPI電纜(6ES7 901-3BF00-0XA0)是不隔離的,現(xiàn)在也改成隔離的電纜了! ● PLC的RS485口聯(lián)網(wǎng)時采用隔離的總線連接器. ● 與PLC聯(lián)網(wǎng)的第三方設(shè)備,如變頻器、觸摸屏等的RS485口均使用RS485隔離器BH-485G進(jìn)行隔離,這樣各RS485節(jié)點之間就無“電”的聯(lián)系,也無地線環(huán)流產(chǎn)生,即使某個節(jié)點損壞也不會連帶其它節(jié)點損壞。 ● RS485通線采用PROFIBUS總線專用屏蔽電纜,保證屏蔽層接到每臺設(shè)備的外殼并后接大地。 ● 對于有架空線的系統(tǒng),總線上設(shè)置專門的防雷擊設(shè)施。
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