modbus与profibus间的区别

就西门子S7-300系列PLC与横河CS3000型DCS集散控制系统的之间的通信，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。&|.o(u3x7w关键词：Modbus协议Profibus-DP协议Modbus转Profibus-DP串口转Profibus-DP分布式控制系统通信网络%s5t2u&I1E2q;|(T4m-z(Y+`!j+g一.引言.X$G9~2h-O2w1x现代工业的迅速发展，不断促进着自动化控制技术及设备通信技术创新的发展。当前，PLC、DCS、智能仪表等已广泛应用到现场生产控制系统中，并发展到由上述设备相互协同、共同面向整个生产过程的分布式工业控制系统。在此系统中，现场总线通信技术至关重要。本文就某水利站分布式控制系统项目，介绍上海泗博自动化的Modbus转Profibus-DP协议网关设备的应用。*R#B8U3f(^1K*q2E/EJ1v$r6o/C1V二.系统组成*p8J)Z6bP(Z5q1、系统结构1?-~;b+f2D9x$e3w5F%R8}本系统构成如图1，其中略去了西门子S7-300PLC之外的其它现场级控制设备。系统上位机采用横河CS3000型DCS集散控制系统，实现对整个水利项目进行集中监控。下位机之一采用的是西门子S7-300系列PLC，实现对现场各种智能仪表，包括现场电机、智能开关、变频器、传感器等执行、检测设备的启停控制、信息采集等操作。2Z1D$aO8k;W8i$H&i5s在上图所示系统结构中，现场各种智能仪表（采用的是Modbus协议或者各种非标协议，接口为RS485、RS422或者RS232）都能够通过上海泗博自动化的通用串口（Modbus/RS485/RS422/RS232）转Profibus-DP网关PM-160连接到西门子S7-300PLC。此时，网关PM-160在串口侧的协议类型为Modbus主站或者通用模式。横河DCS对西门子S7-300PLC的数据采集和监控同样需要使用上海泗博自动化的通用串口（Modbus/RS485/RS422/RS232）转Profibus-DP网关PM-160，此时，网关PM-160在串口侧的协议类型为Modbus从站。,h6[&{,l1Y.D'V6@2、通信网络组成/P%J:p+v'E0u4];j2.1Profibus协议简介PROFIBUS是目前国际上通用的现场总线标准之一，以其独特的技术特点、严格的认证规范、开放的标准、众多厂商的支持和不断发展的应用行规，已成为最重要的和应用最广泛的现场总线标准。+B)s6w9`0H%n,hPROFIBUS现场总线通讯协议包括三个主要部分：'L;?/?$@0`!J(1).Profibus-DP：主站和从站之间采用轮循的通讯方式，主要应用于自动化系统中单元级和现场级通信；3K,y0w!{Z~*H(2).PROFIBUSPA：电源和通信数据通过总线并行传输，主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场级通讯；-yX&r&E+n.A(3).PROFIBUSFMS：定义了主站和主站之间的通讯模型，主要用于自动化系统中系统级和车间级的过程数据交换；8J*a4~,h3~2f5K2|'Q其中，Profibus-DP是高速网络，通讯速率达到12M。Profibus-DP可以连接远程I/O、执#z'}#p+j9h4y0[行机构、智能马达控制器、人机界面HMI、阀门定位器、变频器等智能设备，一条Profibus-DP总线可以最多连接123个从站设备。Profibus-DP的拓扑结构可以是总线型、星型和树型，通讯介质可以是屏蔽双绞线、光纤，也支持红外传输，采用双绞线时，不加中继器最远通讯距离可达1.2公里，最多可以采用9个中继器，最远通讯距离可达9公里。采用光纤时，最远通讯距离可达100公里以上，其中采用多膜光纤，两点间最远距离可达3公里，采用单膜光纤时，两点间最远距离可达3公里。6d'N2S3K']*P4y7z&fR1n*p2.2Modbus协议简介9n.@,n4p&J(X'{`3zModbus协议是一种适用于工业控制领域的主从式串口通讯协议，它采用查询通讯方式进行主从设备的信息传输，可寻址1-247个设备地址范围。协议包括广播查询和单独设备查询两种方式，二者区别就是广播查询不需要从设备回应信息，主、从设备查询通讯过程见图2：*|2R$q*x/D!Xz7[%I.^,s9|8^&QModbus协议常用功能码如图3所示：(A;]-O#P-n.O3@0X图3Modbus协议常用功能码#i(R(T*C'x0g-\Modbus协议有两种传输模式：ASCII模式和RTU模式。同波特率下，RTU模式较ASCII模式能传输更多的数据，所以工业网络大都采用RTU模式。RTU模式下的信息传输报文格式如图4：;k:u/Sl.y#x:Y'Z#|1~图4ModbusRTU信息报文格式8q4D3T&x,M0O2r它没有起始位和停止位，而是由至少3.5个字符间隔时间作为信息的起始和结束标志。信息帧所有字符位由16进制字符0-9、A-F组成。ModbusRTU通讯协议帧结构：2v7\1\*Y/|&j3Z;gO5a*n!O2v6H6H,o)G图5RTU通讯协议帧格式+C*W,S4m-s+^ModbusRTU方式主站读取从站寄存器数据示例：主设备查询。)r},~'P@.r*p,H&r图6主设备查询格式#s5tG9g.o:F*o*?}ModbusRTU方式主站读取从站寄存器数据示例：从设备响应。!r'W|'x,D$`8T0z图7从设备响应格式)r7w3e1W+W2.3网络构成及硬件介绍+k;w&V&O4V7q7R如图1所示，在该系统设计中有两个网络使用了上海泗博自动化的Modbus转Profibus-DP网关PM-160。网关在这两个网络中的作用不一样，其中：(c2C4J4O(Y9X)])u.V)^1S在上层网络中（建立西门子S7-300PLC和横河DCS连接通信），Modbus转Profibus-DP网关PM-160在Modbus侧做Modbus从站，在Profibus-DP侧做从站，建立Profibus-DP主站（西门子S7-300PLC）和Modbus主站（横河CS3000）的通信。DCS通信部分采用横河型号为ALR121的通信模块，并配套横河提供的Modbus通信软件包，该通信模块最大通信数据容量为4000字。通过上海泗博自动化的网关配置软件对PM-160进行相关配置，将DCS的读、写指令及数据做相应转换、存储，并映射到西门子PLC的输入、输出映像区，以实现对上下位机控制信息的实时传输。+k9U;]0U7U2l$eM在下层网络中（建立西门子S7-300PLC和现场智能仪表的连接通信），Modbus转Profibus-DP网关PM-160在Modbus侧做Modbus主站，在Profibus-DP侧做从站，建立Modbus从站（现场各种智能仪表（现场电机、智能开关、变频器、传感器等））与Profibus-DP主站（西门子S7-300PLC）的通信。串口网络（现场智能仪表）设备接口为RS485或者RS232，它们都可以通过上海泗博自动化的Modbus转Profibus-DP网关PM-160实现与西门子S7-300PLC的连接通信。其中，通过使用网关的配套配置软件对PM-160进行相关配置，将需要采集的从站设备信息通过网关读、写命令及数据转换、存储，映射到西门子PLC的输入、输出映射区，以实现PLC对现场智能仪表数据的采集和监控。%Zd-u6`'G/w8@!N!V$w:Q'F.w三.Modbus转Profibus-DP网关PM-160的配置#~.?.tx7H6r7Q+\PM-160是通用型Modbus/RS485/RS422/RS232到Profibus-DP的协议转换网关，在网关RAM中建立了Modbus/RS485/RS422/RS232到Profibus-DP的映射数据区，由软件实现Modbus/RS485/RS422/RS232到Profibus-DP的协议转换和数据交换。凡具有RS485/422/232接口的设备（Modbus协议或者非标协议）都可以通过PM-160与现场总线Profibus-DP互联。其中，PM-160在与Profibus-DP通讯是作为Profibus-DP从站，PM-160在与串口设备通信时，可以作Modbus主站、Modbus从站，也支持与非标串口设备实现数据透明传输。通过在西门子STEP7中注册网关PM-160的GSD文件，即可在该编程软件中对该网关进行相关硬件和软件配置，完成相应的通讯功能。请见如下详细的硬件和软件配置方法：$J7pp2z#h%r(a#p'J;f1、Modbus转Profibus-DP网关PM-160的硬件配置;d1]$`+m0q#X%P!@'D2P,i%e:^9s/~4p#E!bPM-160的Profibus-DP从站地址可以通过网关的硬件旋码开关或者配置按钮来设置。旋码开关有两位，左侧位设置地址高位（十位），右侧位设置地址低位（个位）。通过拨码开关可设置网关PM-160处于正常运行状态或者配置状态。当PM-160处于配置状态时，用户可通过配套配置软件设置相关读写命令和参数。$v%R0G6I/r9X.rPM-160自带标准Profibus-DP接口，用户可使用标准Profibus-DP连接头和标准的Profibus-DP电缆将其连接至Profibus-DP现场总线中。-r+Q6D+Bc7w(K8Q8_PM-160提供RS485/RS422/RS232三种串口，Modbus从站、主站设备以及用户非标串口设备可以通过这三种接口实现与网关PM-160的连接通讯。PM-160没有内置终端电阻，在进行RS485通信时，请注意在RS485总线终端各添加一个终端电阻（120欧姆）。&E+H;J:V;a0V#w2、Modbus转Profibus-DP网关PM-160的软件配置!V;H3`1m6S+|-s.C6r1)使用配套软件设置PM-160的现场总新和子网相关参数和命令4]9a-t;f4l;|(i7d通过拨码开关将PM-160设置为配置状态，打开安装的配置软件（产品光盘或者访问）：;O(S'j%c-e)t1H当实现PLC与DCS通信时，子网协议类型设置为Modbus从站，并设置串口通信波特率、数据位、奇偶校验位、停止位、PM-160作为Modbus从站的地址、通信接口。其中，串口通信波特率、数据位、奇偶校验位、停止位的设置应该和所连接的Modbus主站设备（DCS）一致；3E+b!Q:q-x)c6G%J,u图8PM-160在Modbus侧作Modbus从站（连接PLC和DCS）3[:fG*H9w$|1s)z.]当实现PLC与Modbus设备通信时，子网协议类型设置为Modbus主站，并设置串口通信参数、通讯传输模式、通信接口等。其中，串口通信参数的设置应该和所连接的Modbus从站设备一致：%`0n8XQ/O0BJ4L1}+u.R&M0G9|9|3X-o2n图9PM-160在Modbus侧作Modbus主站（连接PLC和Modbus从站）4\4x5_*P)v.i0~其中，图9中的“节点-1”表示连接的从站设备地址为1，配置了“读保持寄存器”和“预置多个寄存器”两条命令，表示网关读取了从站对应地址的数据，并且能够输出数据到Modbus从站设备，命令配置方法如下：,\$t;o*C4s'hG2s/C图10PM-160在Modbus侧作Modbus主站（命令配置）6Zu+E.x4Y%]4o)Y.N^在STEP7中对网关PM-160进行组态设置；2}3B5l+Y.x3L4AModbus寄存器起始地址：用户输入目标采集数据的Modbus寄存器起始地址；,i.kH8o(G#N5B7S0{数据个数：目标数据的寄存