Modbus協(xié)議與DeviceNet總線在斗輪取料機上的應(yīng)用

馮智 廖永斌

（1.中聯(lián)重科物料輸送設(shè)備有限公司 2.廣州中浩控制技術(shù)有限公司）

Modbus協(xié)議與DeviceNet總線在斗輪取料機上的應(yīng)用

馮智1廖永斌2

（1.中聯(lián)重科物料輸送設(shè)備有限公司 2.廣州中浩控制技術(shù)有限公司）

以巴西淡水河谷8000 t/h取料機項目為依據(jù)，介紹了Sepam40綜合保護器、Modbus通信協(xié)議和DeviceNet總線在項目中的應(yīng)用，并解決了Modbus協(xié)議與DeviceNet協(xié)議進行通信的問題。

Sepam40；Modbus；DeviceNet；LUFP9；總線通訊

0 引言

隨著工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線技術(shù)的不斷發(fā)展及現(xiàn)場總線的多樣性，對數(shù)據(jù)在不同總線中的穩(wěn)定性、完整性及傳輸速度等要求越來越高，所以協(xié)議轉(zhuǎn)換對于現(xiàn)在的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)越來越重要。

1 背景概要

巴西淡水河谷作為巴西礦業(yè)巨頭，現(xiàn)有數(shù)百臺堆取料設(shè)備，其中包括克虜伯、三菱等產(chǎn)品。為方便電氣設(shè)備的維護及更換，業(yè)主對某些重要電氣裝置做了品牌型號的指定，在8000 t/h取料機項目中要求：電網(wǎng)綜合保護器采用施耐德Sepam40系列產(chǎn)品；PLC采用美國Rockwell的ControlLogix－1756系列產(chǎn)品。為實現(xiàn)對現(xiàn)場綜合保護裝置的信息資源實現(xiàn)遠程監(jiān)控與測量，要求綜合保護裝置Sepam40與PLC網(wǎng)絡(luò)進行“工業(yè)實時”通訊，從而面臨著Sepam40的Modbus通訊協(xié)議與PLC-1756的DeviceNet總線協(xié)議如何進行通信的問題。

1.1 斗輪取料機和Sepam40綜合保護器

斗輪取料機是一種高效率的對散狀物料進行連續(xù)堆取作業(yè)的設(shè)備，主要用于火電廠、港口、冶金、礦山、化工等部門的貯料場或其它散狀物料的取料作業(yè)。斗輪取料機主要由斗輪、臂皮帶、俯仰、回轉(zhuǎn)、大車走行、尾車、控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、視頻監(jiān)控及照明空調(diào)、防雷接地系統(tǒng)組成。

Sepam40綜合保護器主要用于工業(yè)設(shè)施及公用電站中的配電網(wǎng)和設(shè)備的運行監(jiān)控、測量及保護。根據(jù)使用對象的不同Sepam40綜合保護器可分為S型（用于變電站）、T型（用于變壓器）及M型（電動機）、G型（發(fā)電機）等多個系列。其主要功能有：保護、通訊、診斷、控制與監(jiān)控。其中通訊協(xié)議默認(rèn)配置為Modbus。

1.2 Modbus和DeviceNet現(xiàn)場總線

國際電工委員會IEC 61158對現(xiàn)場總線的定義是：安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線[1]。

DeviceNet是90年代中期發(fā)展起來的一種基于CAN（Controller Area Network）技術(shù)的開放型、符合全球工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的低成本、高性能的通信網(wǎng)絡(luò)，具有開放、低價、可靠、高效的優(yōu)點[2]。2000年10月8日，DeviceNet被批準(zhǔn)為國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18858.3—2002，并于2003年4月1日開始實施[3]。

Modbus是由Modicon在1979年發(fā)明的，是全球第一個真正用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議，具有標(biāo)準(zhǔn)、開放、支持多種電氣接口、幀格式簡單等優(yōu)點。在中國，Modbus已經(jīng)成為國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19582—2008[4]。

2 網(wǎng)絡(luò)硬件、軟件的組成

取料機的控制系統(tǒng)采用基于現(xiàn)場總線的集散型控制系統(tǒng)，由二級計算機系統(tǒng)組成，包括管理級和現(xiàn)場控制級?，F(xiàn)場控制級采用DeviceNet現(xiàn)場總線實現(xiàn)PLC、儀表、綜合保護器、變頻、軟啟等各設(shè)備之間的通訊。其中PLC DeviceNet總線模塊與Sepam40 Modbus通訊協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖

2.1 硬件組成

(1) PLC主站

PLC采用Rockwell公司的1756系列，主要由電源模塊（1756-PA72）、CPU（1756-L61）、總線模塊（1756-DNB）、輸入模塊（1756-IB32）、輸出模塊（1756-OB16）組成。其中1756-DNB作為網(wǎng)絡(luò)通信的掃描模塊，其作用是充當(dāng)連接DeviceNet設(shè)備與CPU的接口，即收集子站的信息傳輸給CPU。

(2) 通信網(wǎng)關(guān)

通信網(wǎng)關(guān)采用施耐德公司的LUFP9，其作用是轉(zhuǎn)換Modbus與DeviceNet協(xié)議。

(3) Modbus適配器

Modbus適配器采用施耐德公司的ACE949-2，是Sepam40綜合保護器的通訊模塊，提供RS485通訊接口。

(4) 綜合保護器

綜合保護器采用施耐德公司的Sepam40系列產(chǎn)品，為變壓器、電機等設(shè)備提供多功能保護和實時測控[5]。

2.2 工具軟件組成

(1) RSLogix 5000

RSLogix 5000是Rockwell公司編程軟件，主要用于讀取Sepam40保護器的I/O數(shù)據(jù)。

(2) RSLinx

RSLinx是Rockwell公司DeviceNet網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件，主要用于對網(wǎng)絡(luò)子站進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

(3) ABC-LUFP9

ABC-LUFP9是施耐德公司的網(wǎng)關(guān)組態(tài)軟件，主要完成DeviceNet與Modbus協(xié)議間的轉(zhuǎn)換與定義[6]。

(4) SFT2814

SFT2814是施耐德公司的綜合保護器設(shè)定軟件，主要用于設(shè)定綜合保護器的參數(shù)，其中包含Modbus通訊參數(shù)的設(shè)定。

3 網(wǎng)絡(luò)及軟件設(shè)定

在進行軟件設(shè)定之前，應(yīng)該先完成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)硬件的設(shè)置，主要包括規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)地址、通訊等參數(shù)。

軟件設(shè)計主要有兩部分，① 在ABC-LUFP9軟件中設(shè)定Modbus協(xié)議與DeviceNet協(xié)議的映射鏈接；② 在RSLogix 5000軟件中對從LUFP9網(wǎng)關(guān)中讀取的數(shù)據(jù)進行分析。下面將以一個讀取Sepam 40監(jiān)測電流值的實例來進行說明。

3.1 網(wǎng)絡(luò)設(shè)定

DeviceNet網(wǎng)絡(luò)和Modbus網(wǎng)絡(luò)分別介紹如下：

(1) LUFP9的DeviceNet網(wǎng)絡(luò)設(shè)定

LUFP9采用DIP開關(guān)設(shè)置通訊信息。圖2中BIT3～BIT8為綜合保護器的網(wǎng)絡(luò)地址設(shè)定，遵循二進制編碼原則（圖示為地址1）。BIT1～BIT2為通訊速率的選擇，該速率要與PLC總線掃描模塊的速率一致，其可選波特率在表1中表示?，F(xiàn)場實際設(shè)定值為000001，即本網(wǎng)關(guān)在DeviceNet總線中的地址為1。

圖2 LUFP9 DIP地址編碼

表1 LUFP9 通訊速率表

(2) Sepam40 Modbus網(wǎng)絡(luò)地址的設(shè)定

Sepam40 Modbus的網(wǎng)絡(luò)地址可通過面板按鍵及SFT2814軟件設(shè)定，三個綜合保護器的Modbus地址分別設(shè)為1、2、3。

3.2 ABC-LUFP9軟件設(shè)定

網(wǎng)絡(luò)鏈接的主體思想如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)映射原理

1756-DNB模塊的DeviceNet協(xié)議與Sepam40的Modubus協(xié)議通過LUFP9進行數(shù)據(jù)鏈接映射。

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈接的基本格式如圖4所示。

圖4 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈接基本格式

(1) 1756-DNB模塊發(fā)起請求從Modbus子站1中讀取5個寄存器（首地址為113），采用CRC校驗碼，其中首地址113為綜合保護器監(jiān)測到的A相電流；

(2) 因(1)已經(jīng)發(fā)出讀取A相電流的請求，LUFP9將讀取到的數(shù)據(jù)放到DeviceNet映射表地址0002～0003內(nèi)。

3.3 RSLogix 5000軟件設(shè)定

(1) 將軟件ABC-LUFP9自帶的EDS文件“LUFP9.eds”安裝到RSLogix 5000軟件中，其作用是：在RSLinx軟件中進行規(guī)劃，使RSLogix 5000軟件識別LUFP9網(wǎng)關(guān)；

(2) 在RSLogix 5000軟件中讀取數(shù)據(jù)。首先通過RSLogix 5000自帶軟件“RSLogix 5000 DEVICENET TAG GENERATOR”生成標(biāo)簽，然后通過標(biāo)簽數(shù)據(jù)直接讀取。下面通過使用3.2節(jié)中的設(shè)定來舉例是如何讀取數(shù)據(jù)的：

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：LUFP9位于網(wǎng)絡(luò)1的節(jié)點1，在RSLogix 5000軟件中標(biāo)簽地址為DNET1_N01。

讀取數(shù)據(jù)說明：在3.2節(jié)的(2)中已經(jīng)設(shè)定了將A相電流讀取到0002～0003中，根據(jù)查詢地址可知DNET1_N01_POL_I.ExtendedData即為實際讀取值。注意：“讀取值”僅僅表示數(shù)據(jù)，其真實電流值應(yīng)在數(shù)據(jù)值基礎(chǔ)上乘以0.1，即A相電流真實值為讀取值×0.1A。由此可見真實數(shù)據(jù)與讀取數(shù)據(jù)都存在一個系數(shù)比例的問題，其系數(shù)比例的取值應(yīng)按照Sepam40的應(yīng)用手冊執(zhí)行。

4 結(jié)束語

本項目通過現(xiàn)場實踐證明：施耐德公司LUFP9

網(wǎng)關(guān)可將DeviceNet協(xié)議與Modbus協(xié)議完整的結(jié)合起來，并在巴西淡水河谷項目8000 t/h取料機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中良好的運行，提高了中央控制室對現(xiàn)場取料機的監(jiān)控質(zhì)量與自動化程度，節(jié)約了人力與維護成本，取得了良好的經(jīng)濟效益。

[1] 國際電工委員會.IEC61158現(xiàn)場總線（第四版）[M].2007.

[2] 控制 DeviceNet?網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備.美國:Rockwell,2004.

[3] 國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會. GB/T18858.3-2002 低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備控制器-設(shè)備接口(CDI):DeviceNet[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2002.

[4] 國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會GB/T 19582-2008 基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[5] SepamSereis40 User Manual法國:Sepam操作手冊,2008. [6] LUFP9 User_Manual.法國:LUFP9操作手冊,2008.

The Application of Modbus Protocol and Devicenet Bus on the Bucket Wheel Reclaimer

Feng Zhi1Liao Yongbing2

（1.ZOOMLION Material Handling Equipment Co., Ltd. 2.Guangzhou C.H Control Technology Co., Ltd.）

Based on the Brazilian project Vale 8000T/H reclaimer practical application experience, the Schneider Sepam40 protector relay and MODBUS protocol and DEVICENET bus used in the American Rockwell PLC-1756 series are introduced. The hardware and software details of the system are also discussed.

Sepam40; Modbus; Devicenet; LUFP9; Bus Communication

馮智，男，1978年生，本科，中級職稱，研究方向：散料輸送設(shè)備的電氣與自動化控制。E-mail: 2372967824@qq.com。

廖永斌，男，1975年生，本科，中級職稱，研究方向：微機綜合保護與電力系統(tǒng)自動化。