1、导言
目前国内的水电站从开端的”集中操控、功用涣散方法”到当今盛行的”全分层散布敞开式运转方法”，已悉数选用计算机操控体系替代曩昔以继电器惯例操控方法，可完结”无人值勤”(少人值守)，大大提高了水电站的主动化水平。一般整个水电站监控体系在物理上分为两层：电站操控层和现地操控层。电站操控层（或称上位机体系）首要用于监控体系的组态、保护，水电站运转的监督、操作、信息办理、远动和优化操控等。现地操控层按操控目标涣散方法一般设置为机组现地操控单元（LCU）、开关站及共用现地操控单元（LCU）和闸口现地操控单元（LCU），现地操控单元（LCU）首要选用PLC完结操控目标的数据收集与处理、操控与调理、安全运转监督、事情次序记载（SOE）、数据及网络通讯等。
2、项目简介
湖南铜信溪流电站装设三台10MW水轮发电机组，整个监控体系选用”全分层散布敞开式运转方法”，上位机体系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，现地操控层设置三套机组LCU、一套开关站及共用LCU和一套闸口LCU。LCU首要选用西门子S7-300集成PROFINET接口的CPU315-2PN/DP模块，经过编程完结Modbus/TCP协议与上位机体系通讯；一起装备相应的数字量输入/输出模块和模拟量输入模块，完结机组、开关站、共用和闸口等设备的操控与调理。详细网络结构如图1所示。
图1：湖南铜信溪流电站网络结构
3、CPU315-2PN/DP模块及Modbus/TCP协议
CPU315-2PN/DP是西门子2004年末推出的一款高性价比S7-300 CPU。经过集成的通讯接口（MPI/DP，PN），该CPU可直接衔接MPI网络、Profibus-DP网络、敞开式工业以太网，以及根据工业以太网技能的新一代现场总线PROFINET。该CPU的推出，进一步增强了S7-300 PLC的通讯功用，使S7-300衔接以太网的本钱大大下降，并为PROFINET技能的遍及供给了强有力支撑。集成的IE/PROFINET接口支撑多种通讯服务：根据PROFINET的敞开通讯 (PROFINET IO, PROFINET CBA)、S7 通讯、敞开式IE通讯、SIMAT%&&&&&% NET OPC Server和PG/OP通讯。本项目便是选用敞开式IE通讯编程完结Modbus/TCP协议与水电站上位机体系通讯。软硬件版别为V2.3.0 或更高、带有集成PROFINET接口的CPU，均支撑敞开式IE 通讯，其具有不占用CPU衔接资源、最多可树立八个TCP/IP衔接，彻底根据敞开式TCP/IP协议、可与第三方设备在以太网上进行通讯等长处。
Modbus/TCP协议是简略的、中立厂商的用于办理和操控主动化设备的Modbus系列通讯协议的派生产品。Modbus/TCP协议是一种面向TCP衔接的协议，只要在树立了TCP衔接后，才干以半双工的方法进行数据交流。Modbus/TCP协议结构要求恳求和呼应带有六个字节的前缀，详细结构如下：
byte 0: 事务处理标识符 -一般为 0
byte 1: 事务处理标识符 -一般为 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 (一切的音讯长度小于256)
byte 5: 长度字段 (下半部分字节) = 后边字节的数量
byte 6: 单元标识符 (原”从站地址”)
byte 7: MODBUS 功用代码
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:后边数据字节数量—–写寄存器时有用
byte 13:寄数据1（高字节）—–写寄存器时有用
byte 14:寄数据1（低字节）—–写寄存器时有用
需求留意的是Modbus/TCP协议一切的恳求都是经过端口号502发送的，而CPU315-2PN/DP模块的端口号只能设置为2000至5000。
4、软件完结
4.1编程指令阐明
在CPU315-2PN/DP这一边，不是经过NetPro设置通讯衔接，而是经过编写程序完结。为了能经过用户程序和其它与TCP/IP兼容的通讯同伴经过敞开式IE通讯完结交流数据，STEP7（V5.3+SP1或以上）供给了四个功用块（FB）和一个用户界说数据类型（UDT）用于组态衔接和数据交流：
1) FB63″TSEND”：用于发送数据
2) FB64″TRCV”：用于接纳数据
3) FB65″TCON”：用于树立衔接
4) FB66″TDISCON”：用于断开衔接
5) UDT65″TCON_PAR”：包括组态衔接特点的数据结构
以上功用块（FB）包括在Standard Library > Communication Blocks库中。
敞开式IE通讯只能经过TCP/IP 树立以太网衔接，通讯是面向衔接的，只要与通讯同伴树立了衔接后才干传送数据。
要编程树立衔接，需求创立一个包括UDT65″TCON_PAR”数据结构的数据快（DB）。该数据结构包括树立衔接所需的一切参数，需求为每个衔接创立一个这样的数据结构。一个衔接树立之后，将遭到 CPU 的监控，假如中心产生了中止，则主动测验从头树立衔接。
4.2 程序履行进程
整个以太网通讯程序分红以下五个部分：
1) 初始化
初始化程序在OB100中履行，首要设置衔接ID、CPU315-2PN/DP端口号、上位机体系中操作员工作站IP地址和开端等候树立衔接标志（FB65_REQ=1）。
2) 树立衔接
由开端等候树立衔接标志（FB65_REQ=1）调用FB65等候上位机体系中操作员工作站恳求树立衔接。假如上位机体系中操作员工作站恳求树立了衔接，且FB65被无过错履行树立了衔接（FB65_DONE=1），设置开端接纳数据标志（FB64_EN_R=1）和复位开端等候树立衔接标志（FB65_REQ=0）。假如上位机体系中操作员工作站没有恳求树立衔接或恳求树立了衔接FB65履行后有过错产生，则程序不做任何处理，仍是等候树立衔接。
