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【摘要】介绍了现场总线技术及其在MNS iS开关柜中的应用。诸多总线技术的应用，通过不同的现场总线控制系统使不同的上层系统与开关柜内智能元件交换信息，大大改变了低压开关电柜在工业现场拓展使用的能力。
【关键词】总线技术;低压开关柜;数据通信
引言
ABB公司开发的基于现场总线技术的新一代MNS iS智能化低压开关柜系统自投入使用以来，由于其采用的一体化解决方案，并在开关设备运行监测、功能配置及系统通信等方面实现了更高层次的安全可靠和支撑控制，极大的方便了低压电柜在工业现场的使用和拓展。它拥有完善的网络通信，除了支持 ModBus-RTU,ProfiBus-DP等现场总线通信协议外，还支持OPC。本文将对其支持的总线技术做一一探讨。
1、Modbus-RTU
Modbus协议最初由Modicon公司开发出来，在1979年末该公司成为施耐德自动化(Schneider Automation)部门的一部分，现在Modbus已经是工业领域全球最流行的协议。此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。许多工业设备，包括PLC，DCS，智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。当在网络上通信时，Modbus协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成应答并使用Modbus协议发送给询问方。 Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP等，并没有规定物理层。此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。标准的Modicon控制器使用RS232C实现串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU协议规定了消息、数据的结构、命令和就答的方式，数据通讯采用Maser/Slave方式，Master端发出数据请求消息，Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求；Master端也可以直接发消息修改Slave端的数据，实现双向读写。Modbus协议需要对数据进行校验，串行协议中除有奇偶校验外，ASCII模式采用LRC校验，RTU模式采用16位CRC校验，但TCP模式没有额外规定校验，因为TCP协议是一个面向连接的可靠协议。另外，Modbus采用主从方式定时收发数据，在实际使用中如果某Slave站点断开后（如故障或关机），Master端可以诊断出来，而当故障修复后，网络又可自动接通。因此，Modbus协议的可靠性较好。对于Modbus的ASCII、RTU和TCP协议来说，其中TCP和RTU协议非常类似，我们只要把RTU协议的两个字节的校验码去掉，然后在RTU协议的开始加上5个0和一个6并通过TCP/IP网络协议发送出去即可。
MNS iS智能化低压开关柜支持的是RTU传输模式，当控制器设为在Modbus网络上以RTU(远程终端单元)模式通信,在消息中的每个8Bit字节包含两个4Bit的十六进制字符。这种方式的主要优点是:在同样的波特率下,可比ASCII方式传送更多的数据。代码系统8位二进制,十六进制数0...9,A...F消息中的每个8位域都是一个两个十六进制字符组成每个字节的位1个起始位，8个数据位,最小的有效位先发送，1个奇偶校验位,无校验则无，1个停止位(有校验时),2个Bit(无校验时) 错误检测域 CRC(循环冗长检测)
2、ProfiBus
ProfiBus是过程现场总线的缩写，于1989年正式成为现场总线的国际标准。目前在多种自动化的领域中占据主导地位，全世界的设备节点数已经超过2000万。它由三个兼容部分组成，即ProfiBus－DP（Decentralized Periphery）．ProfiBus－PA（Process Automation）．ProfiBus -FMS(Fieldbus Message Specification)。主要使用主-從方式，通常周期性地与传动装置进行数据交换。
ProfiBus协议结构是根据ISO7498国际标准，以开放式系统互联网络（Open System Interconnection-OSI）作为参考模型的。该模型共有七层。（1）ProfiBus－DP：定义了第一．二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同ProfiBus－DP设备的设备行为。 （2）ProfiBus－FMS：定义了第一．二．七层，应用层包括现场总线信息规范（Fieldbus Message Specification-FMS）和低层接口(Lower Layer Interface－LLI)。FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。LLI协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。（3）ProfiBus－PA：PA的数据传输采用扩展的ProfiBus－DP协议。另外，PA还描述了现场设备行为的PA行规。根据IEC1158－2标准，PA的传输技术可确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP上扩展PA网络。注：第一层为物理层，第二层为数据链路层，第三－六层末使用，第七层为应用层。
与其它现场总线系统相比，ProfiBus的最大优点在于具有稳定的国际标准EN50170作保证，并经实际应用验证具有普遍性。目前已应用的领域包括加工制造．过程控制和自动化等。PROFIBUS开放性和不依赖于厂商的通信的设想，已在10多万成功应用中得以实现。市场调查确认，在德国和欧洲市场中ProfiBus占开放性工业现场总线系统的市场超过40%。ProfiBus有国际著名自动化技术装备的生产厂商支持，它们都具有各自的技术优势并能提供广泛的优质新产品和技术服务。
MNS iS智能化低压开关柜支持ProfiBus－DP,定义了第一．二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同ProfiBus－DP设备的设备行为。 3、OPC
Object Linking and Embedding for Process Control(OPC ) 是微软公司的对象链接和嵌入技术在过程控制方面的应用，OPC提出了一套统一的标准，采用Clinet/Server模式，针对硬件设备的驱动程序由硬件厂商或专门的公司完成，提供具有统一的OPC接口的Server程序。软件厂商按照OPC标准访问server,程序，即可实现与硬件设备通信。OPC的应用提升了控制系统的功能，增强了网络的功能，便利了用户的使用。MNS is的OPCserver安装在上层系统的连接服务器内，成为控制系统的一部分。它能自动搜索网络中所有的M Link，并且自动配置并进行数据交换。同时多个OPC用户可以连入MNS is OPCserver,这就使得不同的应用程序都可以从MNS iS的智能化元件接收信息。
MNS is中的OPC结构是基于客户端/服务器结构构件的。OPC服务器从所属资源内搜集数据（如本身装置、其他装置或组成部分），并提供给SCADA。同时OPC客户端可以通过标准网络和接口访问服务器。MNS is系統中，OPC服务器作为位于开关柜控制网络的windows 服务程序，装在PC机的win32中。通过TCP/IP网络功能，它进入网络中所有MLink去收集数据，读取数据，并存储在OPC服务器中。SCADA或软件应用可通过访问OPC服务器，取得自己所需的信息。但出于网络安全考虑，OPC不会绕过路由器和防火墙。
4、结束语
MNS is智能化低压开关柜系统是支持各种现场总线控制系统，实现从产品到系统解决方案的转化，降低产品的成本，提高性价比。同时，OPC技术的应用便于实现设备的预防性维护，避免或减少设备故障的瞬时及其对生产的影响，有效提高工业设备的运行效率，减少运行成本，提高工业生产的管理水平，可以为电力行业和工业项目提供技术先进的供配电设备，对提高电网运行的安全性和可靠性、促进经济效益发展、提高城乡居民生活水平具有重要作用。
参考文献
[1]林春玲.一种基于现场总线以及OPC技术的新型智能化马达控制中心[J].电气&智能建筑,2006（12）：103-107
[2]陶丁炉.MNS is智能化低压开关柜系统[J ].电气应用,2007（10）:104-105
【关键词】总线技术;低压开关柜;数据通信
引言
ABB公司开发的基于现场总线技术的新一代MNS iS智能化低压开关柜系统自投入使用以来，由于其采用的一体化解决方案，并在开关设备运行监测、功能配置及系统通信等方面实现了更高层次的安全可靠和支撑控制，极大的方便了低压电柜在工业现场的使用和拓展。它拥有完善的网络通信，除了支持 ModBus-RTU,ProfiBus-DP等现场总线通信协议外，还支持OPC。本文将对其支持的总线技术做一一探讨。
1、Modbus-RTU
Modbus协议最初由Modicon公司开发出来，在1979年末该公司成为施耐德自动化(Schneider Automation)部门的一部分，现在Modbus已经是工业领域全球最流行的协议。此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。许多工业设备，包括PLC，DCS，智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。当在网络上通信时，Modbus协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成应答并使用Modbus协议发送给询问方。 Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP等，并没有规定物理层。此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。标准的Modicon控制器使用RS232C实现串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU协议规定了消息、数据的结构、命令和就答的方式，数据通讯采用Maser/Slave方式，Master端发出数据请求消息，Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求；Master端也可以直接发消息修改Slave端的数据，实现双向读写。Modbus协议需要对数据进行校验，串行协议中除有奇偶校验外，ASCII模式采用LRC校验，RTU模式采用16位CRC校验，但TCP模式没有额外规定校验，因为TCP协议是一个面向连接的可靠协议。另外，Modbus采用主从方式定时收发数据，在实际使用中如果某Slave站点断开后（如故障或关机），Master端可以诊断出来，而当故障修复后，网络又可自动接通。因此，Modbus协议的可靠性较好。对于Modbus的ASCII、RTU和TCP协议来说，其中TCP和RTU协议非常类似，我们只要把RTU协议的两个字节的校验码去掉，然后在RTU协议的开始加上5个0和一个6并通过TCP/IP网络协议发送出去即可。
MNS iS智能化低压开关柜支持的是RTU传输模式，当控制器设为在Modbus网络上以RTU(远程终端单元)模式通信,在消息中的每个8Bit字节包含两个4Bit的十六进制字符。这种方式的主要优点是:在同样的波特率下,可比ASCII方式传送更多的数据。代码系统8位二进制,十六进制数0...9,A...F消息中的每个8位域都是一个两个十六进制字符组成每个字节的位1个起始位，8个数据位,最小的有效位先发送，1个奇偶校验位,无校验则无，1个停止位(有校验时),2个Bit(无校验时) 错误检测域 CRC(循环冗长检测)
2、ProfiBus
ProfiBus是过程现场总线的缩写，于1989年正式成为现场总线的国际标准。目前在多种自动化的领域中占据主导地位，全世界的设备节点数已经超过2000万。它由三个兼容部分组成，即ProfiBus－DP（Decentralized Periphery）．ProfiBus－PA（Process Automation）．ProfiBus -FMS(Fieldbus Message Specification)。主要使用主-從方式，通常周期性地与传动装置进行数据交换。
ProfiBus协议结构是根据ISO7498国际标准，以开放式系统互联网络（Open System Interconnection-OSI）作为参考模型的。该模型共有七层。（1）ProfiBus－DP：定义了第一．二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同ProfiBus－DP设备的设备行为。 （2）ProfiBus－FMS：定义了第一．二．七层，应用层包括现场总线信息规范（Fieldbus Message Specification-FMS）和低层接口(Lower Layer Interface－LLI)。FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。LLI协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。（3）ProfiBus－PA：PA的数据传输采用扩展的ProfiBus－DP协议。另外，PA还描述了现场设备行为的PA行规。根据IEC1158－2标准，PA的传输技术可确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP上扩展PA网络。注：第一层为物理层，第二层为数据链路层，第三－六层末使用，第七层为应用层。
与其它现场总线系统相比，ProfiBus的最大优点在于具有稳定的国际标准EN50170作保证，并经实际应用验证具有普遍性。目前已应用的领域包括加工制造．过程控制和自动化等。PROFIBUS开放性和不依赖于厂商的通信的设想，已在10多万成功应用中得以实现。市场调查确认，在德国和欧洲市场中ProfiBus占开放性工业现场总线系统的市场超过40%。ProfiBus有国际著名自动化技术装备的生产厂商支持，它们都具有各自的技术优势并能提供广泛的优质新产品和技术服务。
MNS iS智能化低压开关柜支持ProfiBus－DP,定义了第一．二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同ProfiBus－DP设备的设备行为。 3、OPC
Object Linking and Embedding for Process Control(OPC ) 是微软公司的对象链接和嵌入技术在过程控制方面的应用，OPC提出了一套统一的标准，采用Clinet/Server模式，针对硬件设备的驱动程序由硬件厂商或专门的公司完成，提供具有统一的OPC接口的Server程序。软件厂商按照OPC标准访问server,程序，即可实现与硬件设备通信。OPC的应用提升了控制系统的功能，增强了网络的功能，便利了用户的使用。MNS is的OPCserver安装在上层系统的连接服务器内，成为控制系统的一部分。它能自动搜索网络中所有的M Link，并且自动配置并进行数据交换。同时多个OPC用户可以连入MNS is OPCserver,这就使得不同的应用程序都可以从MNS iS的智能化元件接收信息。
MNS is中的OPC结构是基于客户端/服务器结构构件的。OPC服务器从所属资源内搜集数据（如本身装置、其他装置或组成部分），并提供给SCADA。同时OPC客户端可以通过标准网络和接口访问服务器。MNS is系統中，OPC服务器作为位于开关柜控制网络的windows 服务程序，装在PC机的win32中。通过TCP/IP网络功能，它进入网络中所有MLink去收集数据，读取数据，并存储在OPC服务器中。SCADA或软件应用可通过访问OPC服务器，取得自己所需的信息。但出于网络安全考虑，OPC不会绕过路由器和防火墙。
4、结束语
MNS is智能化低压开关柜系统是支持各种现场总线控制系统，实现从产品到系统解决方案的转化，降低产品的成本，提高性价比。同时，OPC技术的应用便于实现设备的预防性维护，避免或减少设备故障的瞬时及其对生产的影响，有效提高工业设备的运行效率，减少运行成本，提高工业生产的管理水平，可以为电力行业和工业项目提供技术先进的供配电设备，对提高电网运行的安全性和可靠性、促进经济效益发展、提高城乡居民生活水平具有重要作用。
参考文献
[1]林春玲.一种基于现场总线以及OPC技术的新型智能化马达控制中心[J].电气&智能建筑,2006（12）：103-107
[2]陶丁炉.MNS is智能化低压开关柜系统[J ].电气应用,2007（10）:104-105