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西门子MM440变频器0.75KW无滤波器   6SE6440-2UE17-5CA1 

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MICROMASTER 440，不带滤波器，3AC 500-600V +10/-10% 47-63Hz，恒转矩，额定输出功率，0.75 KW 过载 150%，用于 60S，200% 3 S，平方转矩，额定输出功率，1.5 KW 245 x 185 x 195 (H x W x D)，防护等级 IP20，环境温度 -10 - +50 ℃，不带 AOP/BOP

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西门子开放式IE通讯在水电站监控系统中的应用

摘要：本文介绍了水电站监控系统、西门子PLC集成PROFINET接口的CPU315-2PN/DP模块的开放式IE通讯和Modbus/TCP协议，并详细讲述了使用开放式IE通讯编程实现Modbus/TCP协议的方法，说明了采用面向对象编程的设计思想和软件编程。在湖南铜信溪水电站中应用证明通过开放式IE通讯实现Modbus/TCP协议与上位机系统通讯时稳定可靠，不需要采用西门子公司OPC、能有效降低整个水电站监控系统成本。

  关键词：水电站，PLC，PROFINET，开放式IE通讯，Modbus/TCP，面向对象，OPC

Abstract

This paper mainly introduces the hydraulic power plant SCADA, the SIEMENS PLC with integrated PROFINET interface supporting the open Industrial Ethernet communication and Modbus/TCP protocol, and narrating a method of how to make use of open Industrial Ethernet communication program to implement Modbus/TCP protocol as well as explaining a design idea and software program of using Object Oriented in detail. The application at Tong Xinxi Hydraulic Power Plant in HunanProvince has testified to the stabilization of using open Industrial Ethernet communication and host system communication, which can reduce the cost of the whole hydraulic power plant SCADA without using SIEMENS OPC.

Key Words: hydraulic power plant, PLC, PROFINET, Open Industrial Ethernet Communication,   Modbus/TCP, Object Oriented, OPC

1          引言

目前国内的水电站从zui初的“集中控制、功能分散方式”到当今流行的“全分层分布开放式运行方式”，已全部采用计算机控制系统取代过去以继电器常规控制方式，可实现“无人值班”(少人值守)，大大提高了水电站的自动化水平。一般整个水电站监控系统在物理上分为两层：电站控制层和现地控制层。电站控制层（或称上位机系统）主要用于监控系统的组态、维护，水电站运行的监视、操作、信息管理、远动和优化控制等。现地控制层按控制对象分散方式一般设置为机组现地控制单元（LCU）、开关站及公用现地控制单元（LCU）和闸门现地控制单元（LCU），现地控制单元（LCU）主要采用PLC完成控制对象的数据采集与处理、控制与调节、安全运行监视、事件顺序记录（SOE）、数据及网络通讯等。

2          项目简介

湖南铜信溪水电站装设三台10MW水轮发电机组，整个监控系统采用“全分层分布开放式运行方式”，上位机系统设置二套操作员工作站、一套工程师工作站和一套通讯工作站，现地控制层设置三套机组LCU、一套开关站及公用LCU和一套闸门LCU。LCU主要采用西门子S7-300集成PROFINET接口的CPU315-2PN/DP模块，通过编程实现Modbus/TCP协议与上位机系统通讯；同时配置相应的数字量输入/输出模块和模拟量输入模块，完成机组、开关站、公用和闸门等设备的控制与调节。具体网络结构如图1所示。

 图1：湖南铜信溪水电站网络结构

3          CPU315-2PN/DP模块及Modbus/TCP协议

CPU315-2PN/DP是西门子2004年底推出的一款高性价比S7-300 CPU。通过集成的通信接口（MPI/DP，PN），该CPU可直接连接MPI网络、Profibus-DP网络、开放式工业以太网，以及基于工业以太网技术的新一代现场总线PROFINET。该CPU的推出，进一步增强了S7-300 PLC的通信功能，使S7-300连接以太网的成本大大降低，并为PROFINET技术的普及提供了强有力支持。集成的IE/PROFINET接口支持多种通讯服务：基于PROFINET的开放通讯(PROFINET IO, PROFINET CBA)、S7 通讯、开放式IE通讯、SIMATIC NET OPC Server和PG/OP通讯。本项目就是采用开放式IE通讯编程实现Modbus/TCP协议与水电站上位机系统通讯。软硬件版本为V2.3.0 或更高、带有集成PROFINET接口的CPU，均支持开放式IE 通讯，其具有不占用CPU连接资源、zui多可建立八个TCP/IP连接，*基于开放式TCP/IP协议、可与第三方设备在以太网上进行通讯等优点。

Modbus/TCP协议是简单的、中立厂商的用于管理和控制自动化设备的Modbus系列通讯协议的派生产品。Modbus/TCP协议是一种面向TCP连接的协议，只有在建立了TCP连接后，才能以半双工的方式进行数据交换。Modbus/TCP协议结构要求请求和响应带有六个字节的前缀，具体结构如下：

byte 0: 事务处理标识符 –通常为 0

byte 1: 事务处理标识符 –通常为 0

byte 2: 协议标识符= 0

byte 3: 协议标识符= 0

byte 4: 长度字段 （上半部分字节） = 0 (所有的消息长度小于256)

byte 5: 长度字段 (下半部分字节) = 后面字节的数量

byte 6: 单元标识符 (原“从站地址”)

byte 7: MODBUS 功能代码

byte 8:寄存器地址（高字节）

byte 9:寄存器地址（低字节）

byte 10:寄存器数量（高字节，固定为0）

byte 11:寄存器数量（低字节）

byte 12:后面数据字节数量-----写寄存器时有效

byte 13:寄数据1（高字节）-----写寄存器时有效

byte 14:寄数据1（低字节）-----写寄存器时有效

需要注意的是Modbus/TCP协议所有的请求都是通过端口号502发送的，而CPU315-2PN/DP模块的端口号只能设置为2000至5000。