Modbus TCP转Profibus DP协议转换网关赋能玻璃生产企业设备协同运作

 

一、案例背景

  在玻璃生产行业，自动化控制对提升生产效率与保障产品质量起着决定性作用。一家玻璃生产企业为实现生产过程的精细化管控，引入了先进的自动化控制系统。其中，上位机电脑配备了WINCC组态软件，作为Modbus TCP主站，肩负起集中监控与管理整个生产流程的重任。在生产一线，磁钢机作为Profibus DP从站，精准调控玻璃成型时的磁场强度，对玻璃物理性能的塑造至关重要。但棘手的是，WINCC组态软件遵循Modbus TCP协议，磁钢机却仅支持Profibus DP协议，这一协议差异导致两者无法直接通信。为破除这一阻碍，企业采用了捷米特的JM-DPM-TCP协议转换网关，致力于打通Modbus TCP与Profibus DP之间的协议壁垒 。

 

二、所需设备及软件

硬件

1. 上位机电脑：安装有 WINCC 组态软件，具备以太网接口，用于与协议转换网关进行 Modbus TCP 通信。

2. 捷米特JM-DPM-TCP协议转换网关：负责将Modbus TCP协议转换为Profibus DP 协议，实现上位机与磁钢机之间的通信。

3. 磁钢机：作为 Profibus DP 从站，用于控制玻璃生产过程中的磁场强度，具备 Profibus DP 接口。

4. 以太网网线：用于连接上位机电脑和协议转换网关的 Modbus TCP 端口。

5. Profibus DP 电缆：用于连接协议转换网关的 Profibus DP 端口和磁钢机。

软件

1. WINCC 组态软件：用于开发上位机的监控界面，实现对磁钢机的远程监控和控制。

2. 捷米特网关配置软件：用于对JM-DPM-TCP协议转换网关进行参数配置。

三、技术指标

Ø  JM-DPM-TCP在 PROFIBUS 一侧为 PROFIBUS DP 主站，在 Modbus TCP 一侧作为 Modbus TCP Server；

Ø 支持标准的 PROFIBUS-DP V0、V1 协议；

Ø PROFIBUS DP 主站支持最大波特率 12M，最大支持 DP 从站数量为 125，单个 DP 从站支持最大的通讯字节数为 512 字节；

Ø 支持从站地址重设、扫描在线设备列表、显示所连接从站的活跃状态；

Ø 支持 Modbus TCP Server；

Ø 供电：24VDC(±5％)，最大功率 3.5W

Ø 防护等级：IP20

四、设备连接及配置过程：

硬件连接

1. 电源连接：将捷米特JM-DPM-TCP协议转换网关接通24V直流电源，确保网关正常工作。

2. Modbus TCP连接：使用以太网网线将上位机电脑的以太网接口与协议转换网关的Modbus TCP端口相连。确保网络连接正常，上位机和网关处于同一局域网内。

3. Profibus DP连接：使用Profibus DP电缆将协议转换网关的 Profibus DP端口与磁钢机的Profibus DP接口相连。注意电缆的终端电阻设置，确保通信的稳定性。在网络的两端，终端电阻应设置为 “ON”，中间节点的终端电阻设置为 “OFF”。

网关配置

1. 安装网关配置软件

在一台配置电脑上安装捷米特提供的网关配置软件。安装完成后，打开该软件。

2. 连接网关

通过以太网将配置电脑与协议转换网关连接。在网关配置软件中，设置网关的 IP 地址，使其与网关实际的 IP 地址一致。点击 “连接” 按钮，建立与网关的通信连接。

3. 配置 Modbus TCP 侧参数

· 设置 IP 地址和端口：在网关配置软件的 Modbus TCP 设置界面，设置网关的 IP 地址和端口号。确保 IP 地址与上位机所在网络的 IP 地址段一致，端口号为常用的 Modbus TCP 端口（如 502）。

· 配置从站信息：添加 WINCC 组态软件作为 Modbus TCP 主站的相关信息，包括主站的 IP 地址、通信超时时间等。

4. 配置 Profibus DP 侧参数

· 设置站地址：在 Profibus DP 设置界面，设置网关的 Profibus DP 站地址。该地址应与磁钢机的从站地址不冲突，且在 Profibus DP 网络中是唯一的。

· 配置通信速率：根据磁钢机的通信要求，设置 Profibus DP 的通信速率，如 9.6Kbps、187.5Kbps 等。确保通信速率与磁钢机的通信速率一致。

· 添加从站设备：添加磁钢机作为 Profibus DP 从站的设备信息，包括设备类型、输入输出数据长度等。

1. 添加PROFIBUS DP 主站：在左侧设备窗口，选中“主设备”下的“ET102MT2DP”，按住鼠标左键拖拽至右侧编辑窗口释放鼠标，主站模块

双击 Master 图标，弹出“主设备属性”对话框，在“DP 总线”标签页，包括总线波特率以及总线参数，默认主站地址为 2，默认波特率为 500Kbps；选择下拉框并选中对应主站的波特率即可；

在“参数”标签页，配置PROFINET 网络参数，包括协议类型选择、IP 地址、子网掩码、网关地址、端口号等，配置完成点击“确认”，如下图所示；

添加PROFIBUS DP 从站，在设备窗口“从属设备”下选择从站模块（已经正

确安装 DP 从站 GSD 文件），按住鼠标左键拖拽至编辑窗口，弹出“指定地址”对话框，设置从站地址，点击“确认”后从站模块自动加载到 DP 总线网络；

双击 Slave 图标，弹出“从站设备属性”对话框，在“通用”标签页，包含从站信息、标识符、

Stand 参数、看门狗等参数；

在“输入输出”标签页，为从站设备组态通讯映射区，在左侧通讯区列表中选择通讯子模块， 选择“input 8 bytes”，点击“添加”即可加载完成，同样操作添加“output 8 bytes”，如下图所示：

5. 数据映射

在网关配置软件中进行数据映射，将 Modbus TCP 主站（WINCC 组态软件）的寄存器地址与 Profibus DP 从站（磁钢机）的输入输出地址进行对应。例如，将 WINCC 组态软件中用于控制磁场强度的寄存器地址映射到磁钢机的输入寄存器地址，以便上位机发送的控制指令能够准确传输到磁钢机。

五、WINCC 组态软件配置

1. 新建项目

打开 WINCC 组态软件，新建一个项目。设置项目的名称、路径等信息。

2. 添加 Modbus TCP 驱动

在项目中添加 Modbus TCP 通信驱动。在驱动设置中，输入协议转换网关的 IP 地址和端口号，建立与网关的通信连接。

3. 创建变量

在 WINCC 组态软件中创建与磁钢机相关的变量。根据之前在网关配置软件中进行的数据映射，设置变量的地址和数据类型。例如，创建一个用于显示磁场强度的变量，其地址对应网关映射后的 Modbus TCP 寄存器地址。

4. 设计监控界面

使用 WINCC 组态软件的图形化界面设计工具，设计监控界面。添加各种图形元素，如按钮、指示灯、文本框等，并将其与之前创建的变量进行关联。例如，添加一个按钮用于控制磁钢机的开关，添加一个文本框用于显示磁场强度的实时值。

5. 编写脚本

根据实际需求，编写脚本程序。例如，当点击控制按钮时，通过脚本程序向协议转换网关发送相应的控制指令，实现对磁钢机的远程控制。

六、系统测试与调试

1. 硬件检查

检查所有设备的连接是否正确，电源是否正常。确保以太网网线和 Profibus DP 电缆连接牢固，无松动或损坏。

2. 软件连接测试

在 WINCC 组态软件中，点击 “连接测试” 按钮，检查与协议转换网关的通信是否正常。如果连接失败，检查 IP 地址、端口号等配置信息是否正确。

3. 数据传输测试

在 WINCC 组态软件的监控界面上，手动输入一个磁场强度的控制值，点击 “发送” 按钮。观察磁钢机是否能够接收到控制指令，并根据指令调整磁场强度。同时，在监控界面上查看磁场强度的实时显示值是否与磁钢机的实际输出值一致。

4. 故障排查与处理

如果在测试过程中出现数据传输异常或设备不响应的情况，首先检查网关的配置参数是否正确，数据映射是否准确。然后检查硬件连接是否正常，是否存在通信干扰等问题。根据具体情况进行相应的调整和修复。

七、项目效果

通过使用捷米特的JM-DPM-TCP协议转换网关，成功实现了WINCC组态软件与磁钢机之间的通信，解决了不同协议设备之间的兼容性问题。在玻璃生产过程中，操作人员可以通过WINCC组态软件的监控界面实时监控磁钢机的运行状态和磁场强度，并根据生产工艺要求进行远程控制。这不仅提高了生产过程的自动化程度和控制精度，还减少了人工操作的误差和劳动强度，提高了玻璃产品的质量和生产效率。同时，系统的稳定性和可靠性得到了有效保障，为企业的生产运营提供了有力支持。