通用串口转PROFIBUS DP网关 在污水处理行业的应用

关键词：Modbus转PROFIBUS  RS485转PROFIBUS DP  污水处理   PM-160   西门子PLC  流量积算仪表

摘要：随着乡镇企业的飞速发展和农村城镇建设的进一步加快，各种生活污水、工业废水的排放越来越多。大多数污水没有经过任何处理，就直接流入湖泊、水库、江河、池塘等养殖水域。它们影响养殖鱼类的生存、生长，影响水产品的产量、品质，还危及人们的身心健康。为此，对污水的净化处理就显得尤为重要。上海某化工公司采用西门子300系列PLC（PROFIBUS DP协议），通过泗博自动化技术有限公司提供的Modbus转PROFIBUS DP网关PM-160采集现场SWP系列流量积算仪表（Modbus ASCII协议）的数据，成功解决了污水净化处理系统中不同总线设备数据采集的问题。

l         系统说明

为满足污水处理厂的生产控制要求，实现相关的技术功能，结合以往工程技术经验和详尽的用户需求分析，做出了完整的、性价比高的监控通讯系统技术方案。

从控制结构角度，系统可分为两部分：

l  中控室

l  泵站和污水厂现场控制站

l         通讯简易框图

图1  通讯简易框图

    如图1中所示，上海泗博自动化提供的Modbus转PROFIBUS DP网关PM-160在西门子300系列PLC端作为PROFIBUS DP从站，在连接流量积算仪表一端作为Modbus主站，采集Modbus从站流量积算仪表的数据并上传到PLC。

l         中控室的通信功能简述

中控室是整个监控通讯系统的调度中心，由中央计算机系统、工业电视监控系统以及通讯系统组成。中控室设有四台计算机，一台为系统服务器，一台为工程师站，装有先进的组态软件以进行开发，一台为操作员站，可通过各种画面监视全厂工艺参数变化，设备运行情况、故障发生情况。两台计算机处于热备状态，另有一台为视频监控计算机，用于监视泵站和污水处理厂区内各监视点实时图像，并驱动模拟屏显示。

各泵站和污水厂的现场控制站通过RS485总线(Modbus RTU协议)向泗博公司网关PM-160（Modbus转PROFIBUS DP）传输实时数据，再由中控室西门子300 系列PLC直接采集PM-160的内存数据，以使现场控制站的各种数据在操作员计算机上显示，如各个工艺设备的运行状况和开、停、故障状态等。

l         流量积算仪表的通讯说明简述

图2     流量积算仪表通讯流程图

流量积算仪各项参数说明：

1.   通讯串口：RS-485/RS-232/RS422等

2.   通讯波特率：300～9600bps

3.   字节数据格式：一个起始位、八格数据位、一个停止位、无校验

4.   通讯传输模式：Modbus ASCII

l         Modbus ACSII/PROFIBUS DP网关PM-160的参数简述

网关PM-160实现了串口转PROFIBUS DP的数据通信。可连接多个具有Modbus RTU/ASCII（RS485/RS232/RS422）接口的设备到PROFIBUS DP，即将Modbus/非标串口网络设备转换为PROFIBUS DP网络设备。供电：24VDC（11V-30V）、80mA（24VDC）；工作环境温度：-45℃～80℃，相对湿度5%～95%；外形尺寸：125mm（高）*40mm（宽）*110mm（深）；安装：35mm导轨

网关PM-160通信接口参数：

在PROFIBUS DP端

1.   工作模式：作为PROFIBUS DP从站

2.   接口类型：DB(9孔)

3.   波特率：自适应（Max≤12Mbps）

4.   隔离设计：1KV光电隔离

5.   Max Input Bytes=244Bytes

6.   Max Output Bytes=244Bytes

7.   Max Input + Output Bytes=488Bytes

8.   站点地址：按钮式，选址0～99

ü  在Modbus端

1.   应用层协议：Modbus RTU或者ASCII(RS232/RS485/RS422)

2.   工作模式：Modbus主站、Modbus从站以及通用模式（非标协议）可选

3.   接口类型：RS485/422端为PIN5（5针端子），RS232端为PIN3（3针端子)

4.   波特率：300～115200bps

l         PM-160在污水处理系统中的运用

在污水处理的过程中，需要在中控室能够用西门子PLC实时的采集到现场各流量积算仪表的参数值，但是由于流量积算仪表支持Modbus ASCII协议，而西门子300系列PLC支持的是PROFIBUS DP协议，要实现两者之间的通信，就必然要用到协议转换模块，而泗博公司提供的网关PM-160就能够实现此功能。网关PM-160在Modbus侧跟流量积算仪表通讯，将流量计中的各种现场数据采集到网关PM-160内部缓存区；在PROFIBUS DP侧，西门子300系列PLC从网关PM-160的内部缓存区把这些数据读到PLC端，供工程师分析数据进而控制各现场设备的运转。

ü  下图是污水处理厂各监控网段使用的仪表列表，本次通讯在“进、出水管道”部分所采用的流量仪表即为SWP系列流量积算仪表。

ü  下图是流量积算仪表内部参数所对应的Modbus寄存器地址，本次通讯需要采集数据：流量系数1、流量系数2、流量系数3、流量系数4等参数。

ü  下图是使用网关PM-160的配套配置软件PMG-123的配置界面

在该配置界面，“子网”下可配置网关与流量积算仪连接的串口参数，包括串口通讯波特率、数据位、奇偶校验方式、停止位、通讯传输模式（RTU或者ASCII可选，在本应用案例中，应该配置为ASCII模式）、通讯接口等。配置这些参数时需根据流量积算仪实际设置的参数一致。

在“子网”下可添加节点（节点地址即为连接的积算仪的站地址）并配置相应的读写命令。如上图所示，子网下配置了5个节点，表示一台网关PM-160连接了5台流量积算仪。每个节点下配置了三条命令。配置命令参数应参照流量积算仪的参数Modbus地址对应表。上图中选中的命令表示“将流量积算仪Modbus寄存器地址为20开始的8个寄存器数据读取到PM-160并存储在PM-160内存输入缓冲区4H开始的连续16个字节位置”。

l         总结