基于Profibus-Modbus网桥和PLC实现某多晶硅还原炉10KV电控系统的设计

引言

PROFIBUS是一种具有广泛应用范围的、开放的数字通信系统，特别适用于工厂自动化和过程自动化领域。PROFIBUS适合于快速、时间要求严格的应用和复杂的通信任务。国内某著名的多晶硅生产线的主控网络采用PROFIBUS现场总线。多晶硅是电子信息产业和太阳能光伏发电行业的最重要功能性原料，它对发展我国电子信息产业和太阳能产业极为重要。

设计者在设计某多晶硅还原炉10KV电控系统时，需要将施耐德公司生产的继电保护装置的参数读取到Siemens公司的S7-400 PLC和横河DCS中，并集成到SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）监控系统中，参与实际的连锁控制。继电保护装置提供RS-485通讯接口，其通讯协议为Modbus RTU（Remote Terminal Unit）协议。为了实现Modbus RTU协议到PROFIBUS协议的转换，该设计利用北京鼎实公司生产的Profibus-Modbus网桥（PB-B-MODBUS）实现PROFIBUS主站与Modbus设备通讯，然后通过PLC中的工业以太网模块、现场总线模块连接到企业SCADA系统中，使二者得到完美的结合。

一、系统概述

多晶硅还原炉电气系统的主要设备是大功率调压器。调压器所带负载是多晶硅棒串联而成的纯电阻负载。调压器的作用实际上是对负载电阻进行电加热，并且保持硅棒表面温度恒定（一般1080℃）。硅棒串联而成的电阻是一个变化的电阻：第一，硅棒温度从常温上升到1000℃，Φ8直径硅芯电阻从几百kΩ下降到几十Ω；第二，保持硅棒表面温度1080℃，硅棒直径从Φ8增加到Φ150，硅棒电阻从几十Ω下降到几十mΩ。可见硅棒电阻大范围变动引起调压器输出电压和电流的调节范围大是这种调压器的设计特点。按照实际工作的性质，调压器分为硅棒温度从常温加热到1000℃的预热调压器和硅棒直径从Φ8增加到最终直径并且始终保持硅棒表面温度1080℃的还原调压器。

多晶硅还原炉电气系统主要功能是：

1． 对管辖的所有还原炉电气设备（调压器、变压器、开关柜）进行数字通信。

2． 对管辖的所有还原炉电气设备的电气数据进行画面显示和曲线记录，并且对所有还原炉电气设备的故障进行画面提示和记录。

PB-B-MODBUS总线桥主要应用在还原炉开关柜与PROFIBUS主控系统的通讯。该系统采用双冗余PROFIBUS和光纤通信，可靠性高、抗干扰能力强。

图1 还原炉电气控制原理

二、系统网络结构

在该多晶硅（控制10KV多晶硅还原炉）生产线分为两期进行建设，两期生产线都采用PROFIBUS DP作为主控网络。第一期采用西门子S7 400H冗余PLC，配置软件使用STEP 7。

图2 基于西门子S7 400的控制系统

第二期工程主控系统采用横河DCS，配置软件为SYCON。

图3 基于横河DCS CS3000的控制系统

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三、PB-B-MODBUS总线桥读取施耐德MODBUS综保仪点表

表1 PB-B-MODBUS与综保仪数据对应表

四、PB-B-MODBUS总线桥的配置方法

鉴于鼎实科技PB-B-MODBUS的产品手册已经详细说明了基于西门子STEP 7配置方法，本文不再赘述。本文将着重介绍基于恒河DCS的配置软件SYCON的配置方法。

1、导入GSD文件后，添加从站，尽量使用V33版本的（V33是V32的改进版，新增了一些功能）。

2、右键菜单中选择Slave configuraTIon

3、前面两个模块“status”和“control”一定要配置进去，其他根据自己需要填加，现在以读MODBUS地址为2的从站，根据表1读取施耐德综保仪数据，。下拉Module菜单，选择read 3 Words（4xxxx）模块和read 1 Words（4xxxx）。

4、点击右上角第三个“Parameter Data”

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5、点击“Common”，设置通讯接口，必须和下面MODBUS设备通讯接口一至。

双击“Value”菜单下面的值即可做相应的修改，下图为修改波特率

6、点击“Module”即可修改所配置模块的MODBUS的从站地址和寄存器的起始地址（根据表1进行设置）。

五、结束语

自本通讯系统运行以来，PLC与Modbus RTU间的通讯一直正常，从未出现过任何软、硬件故障以及其它干扰现象，有效地保证了自动控制系统的正常运行。可见，PLC通过PB-B-MODBUS总线桥与Modbus RTU通讯是一种行之有效的方法。由此看来，利用PB-B-MODBUS网桥来解决PROFIBUS主站（SIEMENSE S7300/400，ABB AC800，横河DCS，AB PLC）与第三方智能控制仪表之间的通讯是一个值得推广的方式，在多晶硅的电气控制系统中，一定会取得更加成功的应用。