把Modbus仪表接入科远PA总线DCS系统

一、项目概述

        本项目需将16台支持Modbus RTU协议的现场仪表（如流量计、压力变送器、温度变送器等）的数据，安全、可靠地接入至科远自动化DCS系统。科远DCS系统需具备Profibus PA主站接口卡。

        采用北京磐创科技的PCTG-7013A型 Profibus PA转Modbus网关作为协议转换桥梁。该网关在Profibus PA总线上作为从站，被科远DCS主站访问；在Modbus总线上作为主站，主动轮询16个  Modbus从站仪表，并将数据映射到PA的输入输出地址区，供DCS系统读取。

二、系统架构与工作原理

        2.1  物理连接：

        DCS侧：科远DCS的PA主站接口通过Profibus PA总线（专用屏蔽双绞线）连接至PCTG-7013A网关的PA接口。

        现场仪表侧：16个Modbus仪表通过RS485总线（手拉手方式）连接至PCTG-7013A网关的RS485接口。需注意终端电阻的拨码开关设置。

        电源：为网关提供DC24V电源。

        2.2  通信逻辑：

        PCTG-7013A网关根据在DCS组态中设定的参数（仪表地址、功能码、寄存器地址等），循环向Modbus总线上发送查询命令。

        Modbus仪表响应请求，将数据返回给网关。

        网关将接收到的Modbus数据，按照预先定义好的映射关系，转换成符合Profibus PA行规的数据格式（包括过程值和状态字）。

        科远DCS系统通过其PA主站，以循环通信的方式，从网关的输入地址区中读取所有仪表的数据。

三、系统架构图如下所示：

四、设备选型与配置

五、网关关键配置：

        5.1  Profibus PA地址：通过网关上的两位拨码开关和一位底部拨码开关设置（1-125），此地址必须与在科远DCS组态软件中设置的从站地址完全一致。

       5.2  Modbus参数：在DCS组态软件中设置（见下文），包括波特率、数据位、停止位、校验位等，必须与16个仪表的通信参数完全一致。建议统一设置为：9600bps, 8, None, 1 (8N1)。

六、 DCS组态与网关参数设置（核心步骤）

        此步骤在科远DCS的工程师站上完成。虽然科远DCS的组态界面与手册中的STEP7或TIA Portal不同，但核心逻辑完全一致。

        6.1  安装GSD文件：

            ◆ 从网关供应商处获取最新的PA_MBM.gsd文件。

            ◆ 在科远DCS的组态软件中，找到安装GSD或设备描述文件的入口，将该文件导入到硬件目录中。完成后，应在硬件目录的“Profibus PA”或“其他现场设备”下找到“PCTG-7013”或类似名称的设备。

        6.2  硬件组态：

            ◆ 在DCS硬件配置中，添加Profibus PA主站系统。

            ◆ 从硬件目录中将“PCTG-7013”设备拖放到PA总线上。

            ◆ 关键：设置该网关的Profibus地址，必须与硬件上拨码开关设置的地址相同。

        6.3  配置网关通信参数：

            ◆ 在网关的属性窗口中，配置Modbus网络通用参数： 

               Modbus Baud: 设置为与所有仪表相同的波特率（如9600）。

               ModBus Data Format: 设置为与所有仪表相同的数据格式（如8-None-1）。

               ModBus Command Delay Time: 根据网络复杂度设置，通常50-100ms即可。

                ModBus ACK TimeOut Time: 设置报文响应超时时间，建议500-1000ms。

       6.4  数据点映射配置（最核心步骤）：

            ◆ 网关提供了最多36个数据槽（Slot）：16AI + 8DI + 4AO + 8DO。

            ◆ 规划：16个仪表均为只读（AI），因此我们使用16个AI槽。每个AI槽可以读取一个32位浮点数（占2个Modbus寄存器）。 

           ◆ 每个AI槽读取2个寄存器（一个浮点数）。16个仪表每个只提供1个重要的32位浮点数数据（如压力值），那么16个AI槽正好够。 

           ◆ 映射设置：对于每个使用的AI槽，需设置其对应的Modbus参数： 

              Modbus Slave ID: 填写此槽位对应的Modbus仪表地址（1-247）。

              Read FC: 选择读保持寄存器0x03或读输入寄存器0x04，根据仪表手册决定。

              RegStartAddr: 填写该数据点在仪表中的起始寄存器地址（十进制，如40001填40001，或0）。

              ByteOrder: 选择寄存器数据的字节顺序（如1-2-3-4或2-1-4-3等），必须与仪表定义的浮点数格式一致。

         6.5  编译下载：

             完成所有组态后，编译硬件配置并下载至科远DCS的主控制器。

七、实施与调试

        7.1  硬件安装：正确连接PA和RS485网络，确保屏蔽层接地良好，终端电阻正确拨码。

        7.2  上电检查：观察网关指示灯状态（PW常亮，PA常亮表示与DCS连接正常，TX、RX闪烁表示Modbus通信正常）。

        7.3  DCS监控：在科远DCS的监控画面中，添加对应的过程变量（PV）点，并与组态中配置的输入地址关联。

        7.4  数据验证：对比DCS画面显示值与现场仪表本地显示值，确保数据正确无误。如有问题，检查Modbus地址、功能码、字节顺序等设置。

八、方案优势

        ◆ 兼容性强：完美解决科远DCS（PA）与众多Modbus仪表的通信问题。同时此方案已经成功应用到和利时、国电智深等DCS的项目中。

        ◆ 稳定性高：网关具备三端隔离、浪涌保护等功能，适用于工业环境。

        ◆ 配置灵活：可根据仪表数量和数据类型灵活配置映射关系。

        ◆ 维护方便：LED状态指示灯便于快速诊断故障。

九、 注意事项

        ◆ 关键限制：当前选型的PCTG-7013A网关仅支持16个AI输入槽，如需连接更多仪表可通过增加PCTG-7013A网关数量实现。

        ◆ RS485总线布线必须规范，采用手拉手方式，避免星形连接。

        ◆ 所有设备的通信参数（波特率、校验等）必须设置一致。

        ◆ Profibus PA地址和Modbus从站地址必须在有效范围内且无冲突。