Modbus協(xié)議在Honeywell DCS與Siemens PLC通訊中的應(yīng)用介紹

兗州煤業(yè)榆林能化公司 尹宗志

隨著計(jì)算機(jī)、通信及自動(dòng)控制等技術(shù)的發(fā)展，對企業(yè)自動(dòng)化設(shè)備工作狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制，不僅可隨時(shí)了解設(shè)備工作狀態(tài)，設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)報(bào)警，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)，提高工作性能，在實(shí)際現(xiàn)場應(yīng)用中，需要把不同廠家控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行共享互聯(lián)。某甲醇廠60萬噸/年甲醇項(xiàng)目的主控制系統(tǒng)采用了美國先進(jìn)的控制系統(tǒng)Honeywell pks，而現(xiàn)場低壓煤漿泵、氮壓機(jī)、磨煤機(jī)的裝置系統(tǒng)的控制系統(tǒng)為各自獨(dú)立配置SIEMENS S7-300 PLC控制系統(tǒng)。為了有效的監(jiān)控這些設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，采用Modbus協(xié)議來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與SIEMENS S7-300控制系統(tǒng)之間的串口通訊。

一、Modbus協(xié)議簡介

Modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議可使控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其它設(shè)備之間進(jìn)行通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?？梢园巡煌瑥S商生產(chǎn)的控制設(shè)備連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。Modbus協(xié)議是一種適用于工業(yè)控制領(lǐng)域的主從式串口通訊協(xié)議，它采用查詢通訊方式進(jìn)行主從設(shè)備的信息傳輸，可尋址1-247個(gè)設(shè)備地址范圍。協(xié)議包括廣播查詢和單獨(dú)設(shè)備查詢兩種方式，二者區(qū)別就是廣播查詢不需要從設(shè)備回應(yīng)信息。

標(biāo)準(zhǔn)的Modbus口是使用一RS-232C兼容串行接口，它定義了連接口的針腳、電纜、信號(hào)位、傳輸波特率、奇偶校驗(yàn)?？刂破髂苤苯踊蚪?jīng)由 Modem組網(wǎng)。

控制器通信使用主—從技術(shù)，即僅一設(shè)備(主設(shè)備)能初始化傳輸(查詢)。其它設(shè)備(從設(shè)備)根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)。典型的主設(shè)備：主機(jī)和可編程儀表。典型的從設(shè)備：可編程控制器。主設(shè)備可單獨(dú)和從設(shè)備通信，也能以廣播方式和所有從設(shè)備通信。如果單獨(dú)通信，從設(shè)備返回一消息作為回應(yīng)，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應(yīng)。Modbus協(xié)議建立了主設(shè)備查詢的格式：設(shè)備(或廣播)地址、功能代碼所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、一錯(cuò)誤檢測域。從設(shè)備回應(yīng)消息也由Modbus協(xié)議構(gòu)成，包括確認(rèn)要行動(dòng)的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和一錯(cuò)誤檢測域。如果在消息接收過程中發(fā)生一錯(cuò)誤，或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令，從設(shè)備將建立一錯(cuò)誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去。

二、PKS 系統(tǒng)的通訊功能

PKS 系統(tǒng)是Honeywell公司推出得基于批處理、過程控制、 SCADA應(yīng)用的開放的混合控制系統(tǒng)。它通過串行口（Serial）和第三方控制器或PLC通訊。它支持多種類型的控制器通訊，并可以靈活的采用多種連接方式。控制器帶網(wǎng)絡(luò)接口控制工程網(wǎng)權(quán)，可以直接接入到網(wǎng)絡(luò)上，如果控制器帶串口控制工程網(wǎng)權(quán)，可以通過modbus協(xié)議終端服務(wù)連接到網(wǎng)絡(luò)上來。一個(gè)modbus協(xié)議終端服務(wù)允許多個(gè)控制器同時(shí)連接到網(wǎng)路上來，并提供多種連接接口RS-232、RS-422、RS-485。利用Modbus 協(xié)議配置方式實(shí)現(xiàn)兗州煤業(yè)榆林能化甲醇廠60萬噸/年甲醇項(xiàng)目Honeywell PKS 控制系統(tǒng)與SIEMENS S7-300 PLC控制系統(tǒng)控制器之間的串口通訊。

1.硬件介紹

串行接口卡件(SIM)是安裝在PKS系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)卡槽上的雙寬度I/O卡件，它的功能是實(shí)現(xiàn)通過現(xiàn)場端子板FTA連接串行接口卡件的現(xiàn)場設(shè)備與PKS控制器之間的通訊橋梁。串行接口卡件可以提供與單FTA 電源適配器連接的兩個(gè)FTA 通訊的兩個(gè)串口的雙向通訊接口控制工程網(wǎng)權(quán)，它不存儲(chǔ)和保持任何現(xiàn)場I/O設(shè)備的組態(tài)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，它只在與它相連的現(xiàn)場設(shè)備與控制器之間傳輸數(shù)據(jù)參數(shù)。

FTA采用插接卡件根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的需要選用指定的串行接口控制工程網(wǎng)權(quán)，共有兩種標(biāo)準(zhǔn)的FTA 產(chǎn)品。一種是MU-TSIMI2 Modbus型FTA提供點(diǎn)對點(diǎn)RTU EIA-232(RS-232)或EIA-422/485(RS-422、485)多點(diǎn)通訊接口。另一種是MU-TSIAI2 Allen-Bradley(A-B)型FTA提供一個(gè)EIA-232(RS-232)通訊接口用于DF1通訊協(xié)議的A-BPLC-2等現(xiàn)場設(shè)備。

某甲醇廠60萬噸/年甲醇項(xiàng)目采用了第一種FTA標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)SIM卡帶兩個(gè)FTA接線端子板(FTA A，F(xiàn)TA B)，由單獨(dú)電源模塊供電，每個(gè)FTA 接線端子板通過屏蔽雙絞通訊線與第三方設(shè)備連接。各通訊設(shè)備以總線方式接入，當(dāng)通訊距離超過100米或者干擾很強(qiáng)時(shí)兩端均加上120歐姆電阻，連接第三方通訊設(shè)備到FTA端子的最大接線長度不超過300米，如果超過300米采用信號(hào)信號(hào)中繼器或者放大器，每個(gè)FTA接線端子板最多可接的設(shè)備15個(gè)。

某甲醇廠60萬噸/年甲醇項(xiàng)目的低壓煤漿泵、磨煤機(jī)S7-300控制裝置離主控室Honeywell PKS控制裝置有600多米，采用了S7-300 的Modbus 485轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，通過光纖送至PKS控制裝置控制室通訊柜內(nèi)，然后通過光電轉(zhuǎn)換成Modbus 485 信號(hào)接入PKS 通訊網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。而合成壓縮機(jī)、丙烯壓縮機(jī)采用ITCC控制系統(tǒng)與Honeywell PKS控制裝置距離只有30米，直接采用Modbus 485屏蔽雙絞通訊線進(jìn)行連接通訊，進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。

2.組態(tài)介紹：(以SINUMARRCH功能塊為例)

每個(gè)SIM卡有32個(gè)通道，其中0-15通道與連接在FTA A板上的第三方設(shè)備的進(jìn)行通訊，而16-31通道與連接在FTA B板上的第三方設(shè)備進(jìn)行通訊。當(dāng)只有1個(gè)FTA板時(shí)，那么這塊FTA板必須配置成FTA A使用，即將FTA接到Power Adapter的Channel A上，而且只能使用0-15通道。

Control Builder中SI通訊功能塊有三種：對于一個(gè)軟通道SINUMARR CH功能塊可以接收/發(fā)放最多16個(gè)32位浮點(diǎn)數(shù)或整型數(shù)。

組態(tài)畫面中：

Serial Link Device Address：為設(shè)備地址，即Modbus ID；

Starting Element lndex：為接收/發(fā)送數(shù)據(jù)的起始地址。此為第三方廠家提供的，是Modbus通訊寄存器首地址，1個(gè)寄存器地址存儲(chǔ)一個(gè)16位二進(jìn)制數(shù)；

Number of Numeric Value：接收/發(fā)送數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。

一個(gè)SINUMARR CH功能塊只能設(shè)置為一個(gè)數(shù)據(jù)類型，而且接收/發(fā)送數(shù)據(jù)的地址必須是連續(xù)的。Number of Numeric Value項(xiàng)中設(shè)置的值是從起始地址開始存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)；如果第三方設(shè)備發(fā)送/接收數(shù)據(jù)的Modbus 存儲(chǔ)地址是放在不連續(xù)的幾個(gè)地址段上，那么就必須用多個(gè)SINUMARR CH功能塊來接收不同地址段的數(shù)據(jù)。

三、結(jié)束語

目前甲醇等煤化工項(xiàng)目裝置中，DCS、PLC等多個(gè)控制系統(tǒng)同時(shí)使用的情況很普遍，把多個(gè)控制系統(tǒng)融合為一個(gè)整體，能在中央控制室中的DCS中監(jiān)視、控制。就涉及控制系統(tǒng)之間的通訊問題。而Modbus串行通訊技術(shù)有著實(shí)現(xiàn)簡便、系統(tǒng)集成費(fèi)用低以及通訊距離遠(yuǎn)(RS485/422)等特點(diǎn)，所以Modbus串行通訊技術(shù)的運(yùn)用在DCS與PLC之間通訊將會(huì)保持廣泛的應(yīng)用。

[1]Honeywell.Experion PKS Serial interface Module implementation Guide.EP-DCXI43,R210,2004,10:18-45.

[2]黃能把,駱仕添.基于Modbus協(xié)議的siemens PLC應(yīng)用系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2004(7):26.