Profinet网络与RS485协议转换网关的应用

Profinet网络与RS485协议转换网关的应用

王国峰 ,杜恒

山东中烟工业有限责任公司滕州卷烟厂277599

摘要：本文详细介绍了利用协议转换网关将RS485通讯组成的网络嵌入Profinet网络中。

关键词：RS485-Modbus通讯，Profinet网络，HJ3200网关;

引言

随着现代工业控制技术不断发展，在自动化通信领域中，Profinet即工业以太网的应用越来越广泛，但当下工业系统中，大部分温湿度、压力、气体等传感器通讯仍使用Modbus协议， 想要在Profinet网络中加入使用Modbus协议的传感器，通常需要增加通讯模块。但通讯模块的扩展受控制器型号、空间、布线等影响，如西门子1200系列PLC，最多只可扩展3块RS485通讯模块。本文以HJ3200网关为例，通过网关将RS485转换成Profinet网络，消除RS485通讯模块的扩展局限，使系统更具兼容性。

控制系统组成

图1 系统网络框图

本文以西门子1500系列PLC作为控制器为例，通过工业交换机扩展3个HJ3200网关，每个网关接入多个温湿度、压力流量等传感器，每一路RS485总线需要在始端与末端接入120欧姆的电阻，如图1。需要注意Profinet总线距离为一百米，每超过一百米需要增加交换机进行信号增强，RS485总线距离可达一千二百米，但考虑总线驱动能力，每二十个信号接入点就需要一个信号中继器，进行信号增强。RS485通信时，要求使用屏蔽电缆，并且屏蔽层需要接入地线。

网关通讯配置

将调试电脑接入系统局域网中，通过配置软件查找到网关，并对网关的通道进行配置，根据传感器的通讯地址与数据寄存器地址进行设置，如图2，读取的命令功能码含义如图3。参数配置完成后，生成GSD硬件组态文件。

图2 网关通道参数配置

图3 RS485协议功能码含义

通过协议转换网关来执行数据的读写来实现对整个系统数据监控，以及对传感器内部数据的访问，一般而言，网关共两路485接口，两路接口最多可扩展254个RTU设备，通过这样的方式采取主要优点是其传送的速度快，距离远，扩展性高，也能够进行远程操作，能够实现这套系统的高效率运作，而且其编程较为简单，工作较为稳定，能够直接与多台设备进行连接，同时还能够省去其他数据通讯中的繁杂计算手段，大大提高工作的效率。

硬件组态

本文以西门子编程软件TIA Portal V16为例，通过网关配置工具生成的GSD文件进行硬件组态，并分配IO地址；模拟量和MODBUS 寄存器一般都是2 字节或者4 字节，映射到IW/QW 空间必须对齐到偶数字节。比如IW2、IW4、IW128 等等，如果包这些两字节的数据对齐到奇数位置，可能产生严重数据读取和写入错误，如图4：

图4 数据地址示例

数据采集后需要分析实际物理量和输入输出的关系，比如用4～20MA，表示物理量0～20MPa的压力，4mA（数字4000）对应0Mpa，20MA（数字20000）对应20MPa。推导公式如图5：

图5 压力公式示例

根据公式推导，编程软件TIA Portal V16实现数据转换如图6：

图6 数据转换示例

结语

通过协议转换网关与各种RS485设备进行通讯，能够实现最快进行上位机操作，通过网关增加了系统的兼容性，并且在此基础之上，能够做实时监控器的重要数据，让人们及时了解和掌控传感器的运行状态，通过上述方式编写的PLC与传感器通讯控制程序，在控制系统中得到了应用。实践证明，可以利用转换网关实时监视设备数据，并且简化了现场接线。