K-MOD01 DPModBus网桥通讯模块使用说明书

HOLLiAS MACS -K
系列模块
2014年5月B版
HOLLiAS MAC-K系列手册- K-MOD01 DP/Modbus网桥通讯模块使用说明书重要信息
危险图标：表示存在风险，可能会导致人身伤害或设备损坏件。

警告图标：表示存在风险，可能会导致安全隐患。

提示图标：表示操作建议，例如，如何设定你的工程或者如何使用特定的功能。

目录
1.概述 (1)
2.接口说明 (4)
2.1编码开关设置 (4)
2.2IO-BUS (5)
2.3现场Modbus总线接口 (6)
2.4模块地址跳线 (9)
2.5模块的防混设计 (9)
3.指示灯说明 (9)
4.功能说明 (11)
4.1诊断功能 (11)
4.2冗余功能 (12)
5.工程应用 (14)
5.1底座选型说明 (14)
5.2现场配置说明 (14)
5.2.1串行总线结构 (14)
5.2.2拓扑结构及线缆长度 (15)
5.2.3接地形式 (16)
5.2.4终端 (16)
5.2.5Modbus网络单网配置1 (16)
5.2.6Modbus网络单网配置2 (17)
5.2.7Modbus网络单网冗余配置1 (19)
5.2.8Modbus网络单网冗余配置2 (21)
5.2.9注意事项 (22)
6.尺寸图 (23)
7.技术指标 (23)
K-MOD01
DP/Modbus网桥通讯模块
1.概述
K-MOD01模块为K系列DCS系统中Profibus-DP/Modbus网桥通讯模块，支持Profibus-DP总线协议与Modbus协议，通过Profibus-DP总线与控制器进行组态参数与数据交换，实现DP从站功能，同时通过Modbus通讯协议获取或下发Modbus数据，从而实现将Modbus设备接入DCS系统。

模块通过采用螺钉固定在端子底座的安装方式，通过64针欧式连接器与K-PA T01或K-PAT21底座连接使用。

K-MOD01模块支持模块卡件冗余配置，支持带电热插拔(冗余和非冗余配置方式下均支持)，外壳G3防腐等级。

模块与端子底座依据配套防混销识别定位，有效防止错位对模块造成电气损伤。

冗余配置时，与K-PA T21底座配套使用，非冗余配置时与K-PA T01底座配套使用。

K-MOD01模块具有强大的监视诊断功能，DP通讯网络与Modbus通讯网络电气上完全隔离，且可根据需要独立设置各自的通讯波特率。

模块面板指示灯可监视上一级DP总线和下一级Modbus 总线的通讯状态，便于维护。

K-MOD01模块单元由K-MOD01模块、配套模块底座和2根IO-BUS构成。

模块插在配套端子底座K-PA T01或K-PA T21上，底座的DB9线缆和Modbus接线端子负责接入现场Modbus设备，再通过冗余的IO-BUS总线与K系列主控制器模块进行通讯，总线同时提供了冗余的电源。

K-MOD01模块安装在本地主控机柜中，只支持在MACS-K系列控制站上的使用，MACS V6.5.2及以上版本才支持K-MOD01模块。

安装好的模块及配套底座的外观结构图如图1-1、图1-2所示，在MACS系统中集成K-MOD01通讯模块的示意图如图1-3所示。

1
7
6
5
4
3
2
1. DP 接线端子
2. DB9接口
3. 下级总线设置仓
4. 模块地址设置仓
5. IO-BUS A
6. IO-BUS B
7. K-MOD01模块
图 1-1 模块安装在非冗余底座K-PA T01示意图
1
12
11
10
9
8
7
6
4
3
2
5
1. 冗余DP 接线端子
2. DB9接口
3. 模块A 地址设置仓
4. DB9接口
5. 模块B 地址设置仓
6. IO-BUS A
7. IO-BUS B
8. K-MOD01模块
9. 下级总线设置仓10. IO-BUS A 11. IO-BUS B 12. K-MOD01模块
图 1-2 模块安装在冗余底座示意图
非冗余K-MOD01
冗余控制网(PROFIBUS-DP)
冗余控制器
冗余系统网（Industrial Ethernet ）
现场ModBus 设备
IO 从站
冗余K-MOD01
终端电阻
终端电阻
图 1-3 系统集成K-MOD01模块示意图
2. 接口说明
K-MOD01模块是否能正常通信、能否正常处理数据，都跟模块接口的设置有直接的联系。

K-MOD01的接口包括编码开关设置、IO-BUS 电缆插头、现场信号接线端子、模块地址设置开关和使能开关。

2.1 编码开关设置
与K-MOD01模块配套使用的底座上提供了编码开关，位于下级总线设置仓内，是终端匹配设置开关。

其非冗余和冗余配置时的编码开关示意图分别如图 2-1、图 2-2所示：
SW1
SW1-1:终端匹配开关
SW1-2:冗余设置开关
图 2-1 非冗余配置时（K-PA T01）编码开关含义示意图
SW1
终端匹配开关
SW2 冗余设置开关
SW1-1:模块A 终端匹配开关
SW1-2:模块B 终端匹配开关
SW2-1:模块A 冗余设置开关
SW2-2:模块B
冗余设置开关
图 2-2 冗余配置时（K-PA T21）编码开关含义示意图
在下级总线设置仓里，包含K-MOD01模块下级Modbus 总线的终端匹配拨码开关和冗余设置拨码开关;
下级Modbus 总线终端匹配拨码开关在底座K-P AT01标识为SW1-1（单路），在冗余底座K-P AT21中标识为SW1（双路）;
当K-MOD01位于下级Modbus 总线的终端时，需把终端匹配拨码开关设置为ON ，否则设置为OFF 。

若K-MOD01模块为冗余配置，请将两个终端匹配拨码开关设置为一致;
底座K-P AT01的SW1-2（单路）和冗余底座K-P AT21中的SW2（双路）为K-MOD01模块是冗余设置开关，根据应用场景进行相应的设置，详见第5章节。

2.2 IO-BUS
请参见《K-AI01 8通道模拟量输入模块使用说明书》。

2.3现场Modbus总线接口
K-MOD01模块通过配套端子底座K-PA T01/K-PAT21上的专用端子或DB9针接口，来接收现场Modbus总线信号。

根据模块是否冗余配置，其接线方法也有区别，且端子定义也不同。

图2-3、图2-4、图2-5、图2-6为非冗余与冗余配置时的接线示意图，表1、表2为非冗余与冗余配置时的接线端子定义。

图2-3 K-MOD01非冗余配置时接线示意图1
图2-4 K-MOD01非冗余配置时接线示意图2
图2-5 K-MOD01冗余配置时接线示意图1
图2-6 K-MOD01冗余配置时接线示意图2
对不同现场信号接线时，需注意以下问题：
⏹禁止将超过±30VDC电压接入接线端子，否则将造成模块损坏；
⏹K-MOD01模块冗余配置时，Modbus总线1和Modbus总线2是指冗余底座上的两个模
块各自的下级Modbus总线；
冗余底座K-P AT21出厂时，D1+与D2+、D1-与D2-默认已用U型断路器连接在一起，以支持K-MOD01
模块冗余。

为了方便现场信号线缆的查找和校验，K-MOD01模块的接线底座上提供了透明小便贴塑料盖，如图2-7所示。

图2-7 透明小便贴塑料盖标注示意图
2.4模块地址跳线
请参见《K-AI01 8通道模拟量输入模块使用说明书》。

2.5模块的防混设计
请参见《K-AI01 8通道模拟量输入模块使用说明书》。

3.指示灯说明
K-MOD01模块面板提供了丰富的状态指示灯，用来显示模块电源情况和现场设备通讯的工作状态，以增强维护工作的效率。

图3-1所示为该模块的外观图，表3为各个指示灯的状态和含义。

图3-1 K-MOD01 模块的外观示意图
⏹慢闪：0.5s亮，0.5s灭
⏹快闪：0.1s亮，0.1s灭
4.功能说明
4.1诊断功能
K-MOD01模块诊断故障可分为模块本身故障和现场侧Modbus总线通讯故障。

当模块诊断出任一故障时，都将上报诊断信息至控制器，同时模块面板上指示相应状态灯。

故障恢复后，模块同时上报诊断恢复信息。

下面将通过模块诊断和通道诊断这两部分来分析。

（1）模块诊断
K-MOD01模块提供了丰富的自诊断功能，包括现场侧电源是否故障、DP冗余网络是否故障、Modbus网络是否故障以及模块板级致命故障等。

一旦模块诊断出任何故障，都将故障信息上报给操作员站。

K-MOD01模块刚上电时，进行模块自检并建立通讯。

通讯后，模块将对DP通讯网络、Modbus 通讯网络和现场电源进行实时自检。

此时，模块可能诊断的故障及解决方法见表4所示。

若没有恢复，则需要更换模块。

若出现其他问题，请及时咨询HollySys的工程师。

（2）Modbus通讯诊断
K-MOD01模块具有Modbus通讯故障诊断功能。

当模块正常通讯时，面板MOD指示灯为快闪状态，则表明总线上的仪表有数据收发，Modbus通讯正常；若模块面板上MOD指示灯为常亮状态，表示Modbus总线上的仪表没有数据回复，只有Modbus发送的请求数据；若模块面板上MOD指示灯为熄灭状态，表示Modbus总线上的仪表没有数据收发。

一切配置组态和接线正确的情况下，若主模块面板上MOD指示灯为常亮状态，表示Modbus 通讯故障，则可能有以下原因：
⏹网络接头未连接好；
⏹线路有破损或者线路敷设没有按布线规定安装线缆；
⏹终端匹配开关位置不对；
⏹电源干扰、接头处进线出线接反；
⏹冗余底座K-PAT21，D1+与D2+、D1-与D2-未连接在一起
您可以根据现场实际的情况进行排查，并运用组态软件进行合理地组态。

4.2冗余功能
K-MOD01模块支持冗余配置，将2块K-MOD01模块固定在K-PA T21冗余底座中，按照使用场景对编码开关进行相应设置，就可实现冗余Modbus通信，冗余与非冗余配置状态下，都使用同样型号的模块。

在初始化情况下，当K-MOD01模块冗余配置时，先建立通讯的模块被分配为主模块，后建立通讯的模块为从模块。

当系统上电后，可根据2个模块面板的状态指示灯来区分主模块和从模块。

在系统正常运行情况下，一个K-MOD01模块处于活动状态，另一个K-MOD01模块处于备用状态。

当主模块发生板卡故障且从模块正常时，进行冗余切换，而当主模块发生板卡故障且从模块也有板卡故障时，不进行冗余切换；当主模块的Modbus通讯出现故障且从模块正常时，进行冗余切换，否则不切换；当主模块的Modbus通讯首次故障1且从模块无板卡故障时，进行冗余切换，Modbus链路反复故障时，不再进行冗余切换。

在系统正常运行情况下，当拔掉主模块时，从模块自动升为主模块。

当模块进行冗余无扰动切换时，旧故障不会触发乒乓音的切换。

同一故障只会触发一次切换，且同
一个故障频繁出现不会触发频繁切换。

冗余切换后，只有在发生新故障后，才会触发下一次无扰动
切换。

⏹模块的冗余切换时间
冗余模块的切换时间是指从故障发生到主模块检测到的时间、主模块发出降从命令完成电气层
1首次故障：上电或模块被重新下装后，主模块第一次出现Modbus断线故障即为该通道的首次故障。

当主模块出现首次故障，且从模块无DP通讯故障条件下，会引发冗余切换。

发生过故障的通道，将会被模块记忆，当模块被重新插拔或上电后，记忆清除。

主降从的时间、新的主模块轮询一圈Modbus设备的时间、DP通讯轮询周期与IEC运算周期之和。

此时新的主模块的数据第一次到达IEC运算单元，运算单元的输入输出数据开始切换到了新的主模块上。

从故障发生到主模块检测到的时间：与数据的更新时间和组态设置有关，组态延时等待时间越长、轮询间隔时间越长、重发次数越长、Modbus设备离线，花费的时间越长。

时间大概在10s~30min 之间；
主模块发出降从命令完成电气层主降从的时间：几十微秒；
●新的主模块轮询一圈Modbus设备的时间：与组态的module数、每个module的数据
长度、Modbus设备的响应时间等有关，时间大概在10s~30min之间；
●DP通讯轮询周期：因为有输出数据，作为输出模块处理，轮询周期100ms；
●IEC运算周期：与组态设置及选用的主控制器类型有关，当控制站所选控制器为一般
控制器（SM220，FM820，K-CU01）时，可选100ms、200ms、500ms、1s；当控
制站所选控制器为高速控制器（SM221，FM821，K-CU02）时，可选50ms、100ms、
200ms、500ms、1s。

⏹主从切换场景：
●电源故障（系统电源、现场电源，掉电、电压跌落过低、短路）
●模块插板指示故障（模块没有插好）
●通讯双网故障（双网均故障，断线、短路）
●ADC故障（损坏、与CPU通讯异常、晶振停振，复位信号长低）
●内存致命故障，程序跳转到不可能跑到的分支
●CPU故障（晶振停振、CPU损坏、复位信号长低故障、不喂看门狗）
●有新的通道故障（通道外部线路故障或内部电路器件损坏）
●冗余信号线路故障（印制线或链路器件损坏）
●主模块有新故障或拔掉主模块。

5. 工程应用
5.1
底座选型说明
K-MOD01可以配合2种底座使用，分别是K-PA T01（DP/PA LINK 底座）和K-PA T21（DP/PA LINK 冗余底座），该模块不支持跨机柜连接等接线方式，组合后功能如表5所示。

5.2 现场配置说明
5.2.1
串行总线结构
在标准的Modbus 系统中，所有设备(并行)连结在一条由3条导线组成的干线电缆上。

其中两条导线(“两线”结构)形成一对平衡双绞线，双向数据在其上传送，典型比特率为每秒
9600bps 。

Modbus 多点串行链路系统中串行总线结构的总貌图如图 5-1所示：
图 5-1 串行总线基本结构
如图 5-1所示，不同的实现可以在相同的Modbus 串行链路系统中运行：
将集成通信收发器的设备通过无源接头盒分支电缆连接到干线上（例如从设备1和主设
备）；
⏹将没有集成通信收发器的设备通过有源接头盒分支电缆连接到干线上（有源接头集成了收
发器，例如从设备2）；
⏹将设备以菊花链形式直接连接到干线电缆上（例如从设备n）
采用如下约定：
⏹干线间的接口称为：ITr（干线接口）；
⏹设备和无源接头间的接口IDv（分支接口）；
⏹设备和有源接头间的接口AUI（附加单元接口）；
⏹线路终端（LT）；
⏹没有配置中继器的RS-485 Modbus 有一个主干电缆，所有的设备沿着它直接（菊花链）
或通过短的分支电缆连接起来。

⏹在图中，每台设备可能连结，可能的连接方式如下：：
⏹或是双向连到主干电缆上，形成菊花链，
⏹或是经分支电缆连到一个无源接头上，
⏹或是经特种电缆连到一个有源接头上。

K-MOD01模块连接现场Modbus设备时，可以有3种连接方式，有现场总线单网配置、现场总线冗余配置和K-MOD01模块冗余配置，选择合适的线缆及组网方式，为了保证通信质量，需要选择对应的匹配电阻设置方式，可根据用户需求进行选择。

下面将通过组网拓扑结构、线缆要求、匹配设置、各自连接示意图、需要的组件、注意事项来介绍这三种连接方式。

5.2.2拓扑结构及线缆长度
没有配置中继器的RS-485-Modbus有一个与所有设备直接连接（菊花链）或通过短分支电缆连接的干线电缆。

干线电缆又称总线，可以很长。

它的两端必须连接在线路终端上。

也可以在多个RS-485-Modbus 之间使用中继器。

主干电缆端到端的长度必须有限制。

其长度由波特率，电缆（规格，电容或特征阻抗），菊花链上的负载数量，以及网络配置（2线或4线制）所决定。

⏹K-MOD01支持2线制接线。

⏹对于最高波特率为9600bit/s，AWG26（或更粗）规格的电缆，其最大长度为1000m。

⏹分支必须短，不能超过20m。

如果使用n分支的多口接头，每个分支最大长度必须限制为
40m 除以n。

⏹在没有中继器的任何RS-485-Modbus 系统中，一个K-MOD01模块允许最多带31 台设
备。

5.2.3接地形式
必须将“公共端”电路（信号与可选电源的公共端）直接连接到保护地上，最好是整条总线只接在一点。

通常，该点可选在站上或其分支上。

5.2.4终端
沿线路传播的移动信号波遇到不连续的阻抗，会在传输线路中产生反射。

为了使从RS-485-Modbus电缆端的反射最小，要求在总线接近两端处放置线路终端。

由于传播是双向的，故在线路两端匹配终端是非常重要的。

但是，在一个无源平衡线对上放置LT（线路终端）不允许超过2个。

也不允许在分支电缆上放置任何LT。

5.2.5Modbus网络单网配置1
Modbus网络单网拓扑图如图5-2所示，配置清单如表6所示，底座接线和设置分别如图5-3、图5-4所示。

K-MOD01模块安装在控制室的主控制器机柜内，Modbus网络单网配置时，现场侧Modbus总线为单网，且配置1块K-MOD01模块及1块其配套底座（K-PA T01）。

图5-2 Modbus总线单网拓扑图1
在图5-2中，我们可以看到K-MOD01模块安装在K系列的控制柜中，用专用电缆将K系列底座背槽上的IO-BUS接口与该模块的IO-BUS接口相连。

RS485-
图 5-3 K-PA T01端子底座接线示意图
SW1
SW1-1：匹配电阻拨码ON
SW1-2：冗余设置拨码ON
图 5-4 K-PA T01端子底座冗余开关ON 、匹配电阻设置ON 示意图
在Modbus 网络终端处，如果最后一个Modbus 设备有终端匹配电阻，将不再添加末端终端匹配电阻；如果没有的情况下，需要添加1个终端匹配电阻模块(K-DPT01)，以防止信号反射。

5.2.6 Modbus 网络单网配置2
Modbus 网络单网拓扑图如图 5-5所示，配置清单如表7所示，底座接线和设置分别如图 5-6、图 5-7所示。

K-MOD01模块安装在控制室的主控制器机柜内，Modbus 网络单网配置时，现场侧Modbus 总线为单网，且配置1块K-MOD01模块及1块其配套底座（K-PA T01）。

图5-5 Modbus总线单网拓扑图2
在图5-5中，我们可以看到K-MOD01模块安装在K系列的控制柜中，用专用电缆将K系列底座背槽上的IO-BUS接口与该模块的IO-BUS接口相连。

RS485-
图 5-6 K-PA T01端子底座接线示意图
SW1
SW1-1：匹配电阻拨码OFF
SW1-2：冗余设置拨码ON
图 5-7 K-PA T01端子底座冗余开关ON 、匹配电阻设置OFF 示意图
在Modbus 网络两处终端处，如果最后一个Modbus 设备有终端匹配电阻，将不再添加末端终端匹配电阻；如果没有的情况下，需要添加2个终端匹配电阻模块(K-DPT01)，以防止信号反射。

5.2.7 Modbus 网络单网冗余配置1
Modbus 网络单网冗余配置拓扑图如图 5-8所示，配置清单如表8所示，底座接线和设置分别如图 5-9、图 5-10、图 5-11所示。

K-MOD01模块安装在控制室的主控制器机柜内，Modbus 网络单网配置时，现场侧Modbus 总线为单网，且配置2块K-MOD01模块及1块其配套底座（K-PA T21）。

图 5-8 Modbus 总线单网冗余拓扑图1
在图 5-8中，我们可以看到K-MOD01模块安装在K 系列的控制柜中，用专用电缆将K 系列底
座背槽上的IO-BUS 接口与该模块的IO-BUS 接口相连。

RS485-
图 5-9 K-PA T01端子底座接线示意图
此处短接线的作用是实现模块的冗余连接，不支持Modbus 链路冗余，如果不短接，模块冗余功能失效。

SW1
SW1-1：模块A 匹配电阻拨码ON
SW1-2：模块B 匹配电阻拨码ON
图 5-10 K-PA T21端子底座匹配电阻设置OFF 示意图
SW2
SW2-1：模块A 冗余设置拨码ON
SW2-2：模块B 冗余设置拨码ON
图 5-11 K-PA T21端子底座冗余开关ON 示意图
在Modbus 网络终端处，如果最后一个Modbus 设备有终端匹配电阻，将不再添加末端终端匹配电阻；如果没有的情况下，需要添加1个终端匹配电阻模块(K-DPT01)，以防止信号反射。

5.2.8Modbus网络单网冗余配置2
Modbus网络单网冗余配置拓扑图如图5-12所示，配置清单如表9所示，底座接线和设置分别如图5-13、图5-14、图5-15所示。

K-MOD01模块安装在控制室的主控制器机柜内，Modbus网络单网配置时，现场侧Modbus总线为单网，且配置2块K-MOD01模块及1块其配套底座（K-PA T21）。

图5-12 Modbus总线单网冗余拓扑图2
在图5-12中，我们可以看到K-MOD01模块安装在K系列的控制柜中，用专用电缆将K系列底座背槽上的IO-BUS接口与该模块的IO-BUS接口相连。

9 Modbus
RS485-
图 5-13 K-PA T01端子底座接线示意图
SW1
SW1-1：模块A 匹配电阻拨码OFF
SW1-2：模块B 匹配电阻拨码OFF
图 5-14 K-PA T21端子底座匹配电阻设置OFF 示意图
SW2
SW2-1：模块A 冗余设置拨码SW2-2：模块B 冗余设置拨码
图 5-15 K-PA T21端子底座冗余开关ON 示意图
在Modbus 网络两处终端处，如果最后一个Modbus 设备有终端匹配电阻，将不再添加末端终端匹配电阻；如果没有的情况下，需要添加2个终端匹配电阻模块(K-DPT01)，以防止信号反射。

5.2.9 注意事项
在工程应用中，还需注意以下几点：
⏹ 单根IO-BUS 电缆上挂载的K-MOD01模块的数量与连接的主控有关，当与
K-CU01/K-CU02主控的通讯数据缓冲区容量为：输入数据区3.5K 字节，输出数据区3.5K 字节，主控下挂载的所有从站模块（包含Modbus 网关模块）的输入数据总和必须≤3.5K 字节，输出数据总和必须≤3.5K 字节，使用时酌情配置Modbus 网关模块数量。

根IO-BUS 电缆通过连接模块连接在一起； ⏹ 下级Modbus 总线9600bps~115.2Kps 波特率，外部扩展通讯接口电缆最长1000m 无中
继器，各设备之间的连接最好采用DB9插座菊花链总线型方式。

可使用中继器等设备构成混合网络拓扑，分支电缆长度不能超过20m ；
6.尺寸图
图6-1 K-MOD01尺寸图7.技术指标。