冯智 廖永斌

（1.中联重科物料输送设备有限公司 2.广州中浩控制技术有限公司）

Modbus协议与DeviceNet总线在斗轮取料机上的应用

冯智1廖永斌2

（1.中联重科物料输送设备有限公司 2.广州中浩控制技术有限公司）

以巴西淡水河谷8000 t/h取料机项目为依据，介绍了Sepam40综合保护器、Modbus通信协议和DeviceNet总线在项目中的应用，并解决了Modbus协议与DeviceNet协议进行通信的问题。

Sepam40；Modbus；DeviceNet；LUFP9；总线通讯

0 引言

随着工业网络和现场总线技术的不断发展及现场总线的多样性，对数据在不同总线中的稳定性、完整性及传输速度等要求越来越高，所以协议转换对于现在的工业控制网络越来越重要。

1 背景概要

巴西淡水河谷作为巴西矿业巨头，现有数百台堆取料设备，其中包括克虏伯、三菱等产品。为方便电气设备的维护及更换，业主对某些重要电气装置做了品牌型号的指定，在8000 t/h取料机项目中要求：电网综合保护器采用施耐德Sepam40系列产品；PLC采用美国Rockwell的ControlLogix－1756系列产品。为实现对现场综合保护装置的信息资源实现远程监控与测量，要求综合保护装置Sepam40与PLC网络进行“工业实时”通讯，从而面临着Sepam40的Modbus通讯协议与PLC-1756的DeviceNet总线协议如何进行通信的问题。

1.1 斗轮取料机和Sepam40综合保护器

斗轮取料机是一种高效率的对散状物料进行连续堆取作业的设备，主要用于火电厂、港口、冶金、矿山、化工等部门的贮料场或其它散状物料的取料作业。斗轮取料机主要由斗轮、臂皮带、俯仰、回转、大车走行、尾车、控制系统、润滑系统、视频监控及照明空调、防雷接地系统组成。

Sepam40综合保护器主要用于工业设施及公用电站中的配电网和设备的运行监控、测量及保护。根据使用对象的不同Sepam40综合保护器可分为S型（用于变电站）、T型（用于变压器）及M型（电动机）、G型（发电机）等多个系列。其主要功能有：保护、通讯、诊断、控制与监控。其中通讯协议默认配置为Modbus。

1.2 Modbus和DeviceNet现场总线

国际电工委员会IEC 61158对现场总线的定义是：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线[1]。

DeviceNet是90年代中期发展起来的一种基于CAN（Controller Area Network）技术的开放型、符合全球工业标准的低成本、高性能的通信网络，具有开放、低价、可靠、高效的优点[2]。2000年10月8日，DeviceNet被批准为国家标准GB/T18858.3—2002，并于2003年4月1日开始实施[3]。

Modbus是由Modicon在1979年发明的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议，具有标准、开放、支持多种电气接口、帧格式简单等优点。在中国，Modbus已经成为国家标准GB/T19582—2008[4]。

2 网络硬件、软件的组成

取料机的控制系统采用基于现场总线的集散型控制系统，由二级计算机系统组成，包括管理级和现场控制级。现场控制级采用DeviceNet现场总线实现PLC、仪表、综合保护器、变频、软启等各设备之间的通讯。其中PLC DeviceNet总线模块与Sepam40 Modbus通讯协议的网络系统图如图1所示。

图1 网络系统图

2.1 硬件组成

(1) PLC主站

PLC采用Rockwell公司的1756系列，主要由电源模块（1756-PA72）、CPU（1756-L61）、总线模块（1756-DNB）、输入模块（1756-IB32）、输出模块（1756-OB16）组成。其中1756-DNB作为网络通信的扫描模块，其作用是充当连接DeviceNet设备与CPU的接口，即收集子站的信息传输给CPU。

(2) 通信网关

通信网关采用施耐德公司的LUFP9，其作用是转换Modbus与DeviceNet协议。

(3) Modbus适配器

Modbus适配器采用施耐德公司的ACE949-2，是Sepam40综合保护器的通讯模块，提供RS485通讯接口。

(4) 综合保护器

综合保护器采用施耐德公司的Sepam40系列产品，为变压器、电机等设备提供多功能保护和实时测控[5]。

2.2 工具软件组成

(1) RSLogix 5000

RSLogix 5000是Rockwell公司编程软件，主要用于读取Sepam40保护器的I/O数据。

(2) RSLinx

RSLinx是Rockwell公司DeviceNet网络规划软件，主要用于对网络子站进行网络规划。

(3) ABC-LUFP9

ABC-LUFP9是施耐德公司的网关组态软件，主要完成DeviceNet与Modbus协议间的转换与定义[6]。

(4) SFT2814

SFT2814是施耐德公司的综合保护器设定软件，主要用于设定综合保护器的参数，其中包含Modbus通讯参数的设定。

3 网络及软件设定

在进行软件设定之前，应该先完成系统网络硬件的设置，主要包括规划网络地址、通讯等参数。

软件设计主要有两部分，① 在ABC-LUFP9软件中设定Modbus协议与DeviceNet协议的映射链接；② 在RSLogix 5000软件中对从LUFP9网关中读取的数据进行分析。下面将以一个读取Sepam 40监测电流值的实例来进行说明。

3.1 网络设定

DeviceNet网络和Modbus网络分别介绍如下：

(1) LUFP9的DeviceNet网络设定

LUFP9采用DIP开关设置通讯信息。图2中BIT3～BIT8为综合保护器的网络地址设定，遵循二进制编码原则（图示为地址1）。BIT1～BIT2为通讯速率的选择，该速率要与PLC总线扫描模块的速率一致，其可选波特率在表1中表示。现场实际设定值为000001，即本网关在DeviceNet总线中的地址为1。

图2 LUFP9 DIP地址编码

表1 LUFP9 通讯速率表

(2) Sepam40 Modbus网络地址的设定

Sepam40 Modbus的网络地址可通过面板按键及SFT2814软件设定，三个综合保护器的Modbus地址分别设为1、2、3。

3.2 ABC-LUFP9软件设定

网络链接的主体思想如图3所示。

图3 网络映射原理

1756-DNB模块的DeviceNet协议与Sepam40的Modubus协议通过LUFP9进行数据链接映射。

网络数据链接的基本格式如图4所示。

图4 网络数据链接基本格式

(1) 1756-DNB模块发起请求从Modbus子站1中读取5个寄存器（首地址为113），采用CRC校验码，其中首地址113为综合保护器监测到的A相电流；

(2) 因(1)已经发出读取A相电流的请求，LUFP9将读取到的数据放到DeviceNet映射表地址0002～0003内。

3.3 RSLogix 5000软件设定

(1) 将软件ABC-LUFP9自带的EDS文件“LUFP9.eds”安装到RSLogix 5000软件中，其作用是：在RSLinx软件中进行规划，使RSLogix 5000软件识别LUFP9网关；

(2) 在RSLogix 5000软件中读取数据。首先通过RSLogix 5000自带软件“RSLogix 5000 DEVICENET TAG GENERATOR”生成标签，然后通过标签数据直接读取。下面通过使用3.2节中的设定来举例是如何读取数据的：

网络环境：LUFP9位于网络1的节点1，在RSLogix 5000软件中标签地址为DNET1_N01。

读取数据说明：在3.2节的(2)中已经设定了将A相电流读取到0002～0003中，根据查询地址可知DNET1_N01_POL_I.ExtendedData即为实际读取值。注意：“读取值”仅仅表示数据，其真实电流值应在数据值基础上乘以0.1，即A相电流真实值为读取值×0.1A。由此可见真实数据与读取数据都存在一个系数比例的问题，其系数比例的取值应按照Sepam40的应用手册执行。

4 结束语

本项目通过现场实践证明：施耐德公司LUFP9

网关可将DeviceNet协议与Modbus协议完整的结合起来，并在巴西淡水河谷项目8000 t/h取料机网络系统中良好的运行，提高了中央控制室对现场取料机的监控质量与自动化程度，节约了人力与维护成本，取得了良好的经济效益。

[1] 国际电工委员会.IEC61158现场总线（第四版）[M].2007.

[2] 控制 DeviceNet™网络上的设备.美国:Rockwell,2004.

[3] 国家标准化管理委员会. GB/T18858.3-2002 低压开关设备和控制设备控制器-设备接口(CDI):DeviceNet[S].北京:中国标准出版社,2002.

[4] 国家标准化管理委员会GB/T 19582-2008 基于Modbus协议的工业自动化网络规范[S].北京:中国标准出版社,2008.

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

冯智，男，1978年生，本科，中级职称，研究方向：散料输送设备的电气与自动化控制。E-mail: 2372967824@qq.com。

廖永斌，男，1975年生，本科，中级职称，研究方向：微机综合保护与电力系统自动化。