摘要：本文介绍了水电站监控系统、西门子PLC集成PROFINET接口的CPU315-2PN/DP模块的开放式IE通讯和Modbus/TCP协议，并详细讲述了使用开放式IE通讯编程实现Modbus/TCP协议的方法，说明了采用面向对象编程的设计思想和软件编程。在湖南铜信溪水电站中应用证明通过开放式IE通讯实现Modbus/TCP协议与上位机系统通讯时稳定可靠，不需要采用西门子公司OPC、能有效降低整个水电站监控系统成本。
　　关键词：水电站，PLC，PROFINET，www.cechina.cn，Modbus/TCP" style="text-decoration:underline;color:blue">开放式IE通讯www.cechina.cn，Modbus/TCP，面向对象CONTROL ENGINEERING China版权所有，OPC

1  引言
　　目前国内的水电站从最初的“集中控制、功能分散方式”到当今流行的“全分层分布开放式运行方式”，已全部采用计算机控制系统取代过去以继电器常规控制方式，可实现“无人值班”(少人值守)，大大提高了水电站的自动化水平。一般整个水电站监控系统在物理上分为两层：电站控制层和现地控制层。电站控制层（或称上位机系统）主要用于监控系统的组态、维护，水电站运行的监视、操作、信息管理、远动和优化控制等。现地控制层按控制对象分散方式一般设置为机组现地控制单元（

LCU）、开关站及公用现地控制单元（LCU）和闸门现地控制单元（LCU），现地控制单元（LCU）主要采用PLC完成控制对象的数据采集与处理、控制与调节、安全运行监视、事件顺序记录（SOE）、数据及网络通讯等。
　　2  项目简介
　　湖南铜信溪水电站装设三台10MW水轮发电机组，整个监控系统采用“全分层分布开放式运行方式”，上位机系统设置二套操作员工作站、一套工程师工作站和一套通讯工作站，现地控制层设置三套机组LCU、一套开关站及公用LCU和一套闸门LCU。LCU主要采用西门子S7-300集成PROFINET接口的CPU315-2PN/DP模块，通过编程实现Modbus/TCP协议与上位机系统通讯；同时配置相应的数字量输入/输出模块和模拟量输入模块，完成机组、开关站、公用和闸门等设备的控制与调节。具体网络结构如图1所示。

　　
　　图1：湖南铜信溪水电站网络结构

3   CPU315-2PN/DP模块及Modbus/TCP协议
　　CPU315-2PN/DP是西门子2004年底推出的一款高性价比S7-300 CPU。通过集成的通信接口（MPI/DP控制工程网版权所有，PN），该CPU可直接连接MPI网络、Profibus-DP网络、开放式工业以太网，以及基于工业以太网技术的新一代现场总线PROFINET。该CPU的推出控制工程网版权所有，进一步增强了S7-300 PLC的通信功能，使S7-300连接以太网的成本大大降低，并为PROFINET技术的普及提供了强有力支持。集成的IE/PROFINET接口支持多种通讯服务：基于PROFINET的开放通讯 (PROFINET IO, PROFINET CBA)、S7 通讯、开放式IE通讯、SIMATIC NET OPC Server和PG/OP通讯。本项目就是采用开放式IE通讯编程实现Modbus/TCP协议与水电站上位机系统通讯。软硬件版本为V2.3.0 或更高、带有集成PROFINET接口的CPU，均支持开放式IE 通讯，其具有不占用CPU连接资源、最多可建立八个TCP/IP连接，完全基于开放式TCP/IP协议、可与第三方设备在以太网上进行通讯等优点。
　　Modbus/TCP协议是简单的、中立厂商的用于管理和控制自动化设备的Modbus系列通讯协议的派生产品。Modbus/TCP协议是一种面向TCP连接的协议，只有在建立了TCP连接后CONTROL ENGINEERING China版权所有，才能以半双工的方式进行数据交换。Modbus/TCP协议结构要求请求和响应带有六个字节的前缀，具体结构如下：
　　byte 0: 事务处理标识符 –通常为 0
　　byte 1: 事务处理标识符 –通常为 0
　　byte 2: 协议标识符= 0
　　byte 3: 协议标识符= 0
　　byte 4: 长度字段 （上半部分字节） = 0 (所有的消息长度小于256)
　　byte 5: 长度字段 (下半部分字节) = 后面字节的数量
　　byte 6: 单元标识符 (原“从站地址”)
　　byte 7: MODBUS 功能代码
　　byte 8:寄存器地址（高字节）
　　byte 9:寄存器地址（低字节）
　　byte 10:寄存器数量（高字节，固定为0）
　　byte 11:寄存器数量（低字节）
　　byte 12:后面数据字节数量-----写寄存器时有效
　　byte 13:寄数据1（高字节）-----写寄存器时有效
　　byte 14:寄数据1（低字节）-----写寄存器时有效
　　需要注意的是Modbus/TCP协议所有的请求都是通过端口号502发送的，而CPU315-2PN/DP模块的端口号