MODBUS通訊技術(shù)在ECS-700 DCS系統(tǒng)中的應(yīng)用

都 爽

（北京燕山玉龍石化工程股份有限公司，北京102500）

隨著計算機技術(shù)和過程控制技術(shù)的迅速發(fā)展，DCS、PLC等各類現(xiàn)場控制系統(tǒng)的開放性能越來越好。過去在不同廠家的控制系統(tǒng)之間，很難通過數(shù)據(jù)通迅技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換?，F(xiàn)在各控制系統(tǒng)生產(chǎn)商都遵循統(tǒng)一的國際通訊標(biāo)準(zhǔn)，這使得不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通訊成為可能，而且應(yīng)用越來越廣泛。

本文主要介紹了浙江中控公司ECS-700 DCS系統(tǒng)多功能通訊接口卡COM741-S的MODBUS通訊設(shè)置方法，與西門子PLC控制系統(tǒng)的通訊組態(tài)過程，以及怎樣利用第三方軟件測試MODBUS通訊是否正常。

1 MODBUS通訊組態(tài)設(shè)置

1.1 ECS-700 MODBUS設(shè)置組態(tài)

COM741-S卡是一塊多串口多協(xié)議通訊接口卡，是ECS-700 DCS系統(tǒng)與其他智能設(shè)備（如PLC、變頻器、稱重儀表等）互連的網(wǎng)間連接設(shè)備，是SCnetIII網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之一，在SCnetIII中處于與主控卡同等的地位。其功能是將用戶智能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過通訊的方式連入DCS系統(tǒng)中，通過SCnetIII網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)在DCS系統(tǒng)中的共享，實現(xiàn)通過DCS讀取第三方智能設(shè)備的實時數(shù)據(jù)。

ECS-700系統(tǒng)的每套控制站最多可以帶7個串行通訊模塊。4路隔離的RS-232或RS-485串口通訊。

COM741-S支持標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議MODBUS協(xié)議，支持主站Modbus Master模式，支持模塊級冗余配置，同時還支持用戶自定義通訊協(xié)議。

同步方式：起-停方式：通信波特率：（2400-57600）bit/s。每路串口下掛設(shè)備的波特率、校驗方式等通信參數(shù)必須相同。

每個通信模塊的4個串口最多可帶64個設(shè)備，其中單路串口最多可接入32個設(shè)備。

每個串口的通訊參數(shù)都可以不相同，一個串行通訊模塊最多可以在四個串口分別支持四組不同的通訊參數(shù)。

COM741-S串行通訊模塊是通過IO擴展總線的方式接入控制系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)可以直接在控制器中參與運算，在邏輯上等同于一塊I/O連接模塊。COM741-S硬件組態(tài)與主控卡組態(tài)方法一致。配合上位機軟件VisualField進(jìn)行邏輯編程。

COM741-S串行通訊模塊通過模塊基座上的接線端子連接外部設(shè)備，其配對模塊基座為MB727-S，RS-232/485通訊方式由基座上的跳線與相應(yīng)的軟件設(shè)置決定。

基座和PLC的連接方式：使用MB727-S基座，則COM741-S節(jié)點地址設(shè)定為1，即地址跳線1處插上跳線帽，設(shè)置為ON，其他跳線空置。共有0，1，2，3四個通道，確定使用設(shè)備的第一條串口，即COM 0，外部設(shè)備與基座的2、4端子分別連線，其中端子2為485-，端子4為485+，其余為空，則通訊方式為RS485通訊。若通訊方式為RS232，則外部設(shè)備與基座的1、3端子分別連線，其中端子1為RX1，端子3為TX1，其余為空。

1.2 COM741-S通訊組態(tài)

COM741-S通訊組態(tài)主要由以下幾個部分組成：

（1）添加COM741-S串行通訊模塊并設(shè)置冗余方式。進(jìn)入硬件組態(tài)軟件VFIOBuilder，選擇目標(biāo)主控制器，添加COM741-S串行通訊模塊并設(shè)置地址，選中添加的串行通訊模塊，在窗口中選擇相應(yīng)的冗余模式（一對一冗余或一對二冗余）。如圖1。

圖1 冗余模式

（2）對串口的通訊參數(shù)進(jìn)行設(shè)置并組態(tài)。對之前設(shè)定的使用設(shè)備串口（COM 0）進(jìn)行設(shè)置，包括模式（支持Modbus主站、自定義主站），波特率（1200~57600kbps）、物理接線（RS232、RS485）、數(shù)據(jù)位（支持5、6、7、8個通訊數(shù)據(jù)位）、停止位（1、1.5、2位）、校驗方式（無校驗、奇校驗、偶校驗、標(biāo)志校驗、空格校驗）。如圖2。

圖2 對設(shè)定的使用設(shè)備串口進(jìn)行設(shè)置

令，再選中Modbus命令，在屬性頁中設(shè)置參數(shù)。設(shè)置參數(shù)主要包括命令屬性設(shè)置、命令參數(shù)設(shè)置和位號信息設(shè)置。

命令屬性設(shè)置主要包括命令名稱、命令類型（根據(jù)功能號自動轉(zhuǎn)換，不可修改，輸出命令為寫出命令，將使用AO、DO位號、輸入命令為讀取命令，將使用AI、DI位號）、刷新周期（一般情況下，該值設(shè)置為與控制器的控制周期相同）。

命令參數(shù)設(shè)置主要包括設(shè)置功能號，可選擇讀取DO（線圈）、讀取DI（狀態(tài)）、讀取AI（輸入寄存器）、讀取AO（保持寄存器）、寫入DO（線圈）和寫入AO（保持寄存器）。設(shè)置MODBUS協(xié)議的起始地址。設(shè)置從起始地址開始算起需要處理的線圈或寄存器的數(shù)量。

位號信息設(shè)置主要包括位號類型和位號數(shù)量。在位號自動掃描時將根據(jù)此處所選位號，在位號表軟件中生成相應(yīng)的位號類型，不同的功能號所支持的位號類型有所不同。位號數(shù)量根據(jù)位號類型及需要處理的線圈或寄存器位號的數(shù)量，由系統(tǒng)自動生成。如圖4。

圖4 通信命令設(shè)置

（3）設(shè)置設(shè)備參數(shù)。選擇之前設(shè)定的使用設(shè)備串口（COM 0）添加設(shè)備，設(shè)置設(shè)備參數(shù)，主要包括設(shè)備名稱、地址（0~255，非外部設(shè)備撥碼實際地址）、響應(yīng)時間（一般設(shè)置為0，讓串行通訊模塊自動修正）、間隔時間（一般設(shè)置為0，讓串行通訊模塊在0~10ms之間自動修正）。如圖3。

圖3 設(shè)置設(shè)備參數(shù)

（4）通訊命令設(shè)置。包括添加Modbus命令和設(shè)置Modbus命令參數(shù)，先選中已添加設(shè)備，增加Modbus命

（5）完成COM741-S通訊組態(tài)后，保存設(shè)置，所有組態(tài)設(shè)置完成后，在組態(tài)管理軟件中，進(jìn)行編譯與下載。

通過ECS-700系統(tǒng)的串行通訊卡COM741-S的MODBUS設(shè)置組態(tài)流程我們可以看到，COM741-S設(shè)置組態(tài)的流程步驟、參數(shù)設(shè)置與ECS-100系統(tǒng)的串行通訊卡FW248基本相同，增加了通訊卡的通訊參數(shù)范圍，使其可與更多的智能設(shè)備進(jìn)行通訊傳輸。FW248卡主要采用多種功能性模塊，如GW_MODBUS_RTU主機設(shè)置模塊主要設(shè)置了從站地址、功能碼、所要讀/寫的數(shù)據(jù)起始位和讀取的數(shù)據(jù)數(shù)量，GW_GETCMDINFO模塊的功能是獲取命令診斷數(shù)據(jù)，GW_SETCOM模塊是設(shè)置串口通訊協(xié)議的，操作人員需要了解各種模塊的功能、每種模塊的各個參數(shù)引腳的功能設(shè)置。與FW248卡相比較，COM741-S卡直接采用表格、菜單的形式進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，將需要設(shè)置的參數(shù)列表化、選項化，不可設(shè)置、直接讀取的參數(shù)則不可選取設(shè)定，COM741-S卡更為簡單、方便。

1.3 PLC MODBUS設(shè)置組態(tài)

西門子S7-200，S7-300系列PLC中MODBUS組態(tài)設(shè)置要用到專門的MODBUS庫。對于S7-200系列PLC要用到MODBUS程序庫，主站側(cè)需用“MBUS_CTRL”和“MBUS_MSG”程序庫，從站側(cè)需用“MBUS_INIT”和“MBUS_SLAVE”程序庫。對于S7-300系列PLC，除了需要MODBUS master和MODBUS Slave驅(qū)動程序外，還需要串行通訊模塊的驅(qū)動程序：ptp driver，驅(qū)動程序安裝順序為先安裝串行通訊模塊的驅(qū)動程序，然后安裝MODBUS master或MODBUS Slave驅(qū)動程序。以S7-200系列PLC MODBUS通訊為例。

S7-200系列PLC MODBUS組態(tài)配置PLC作為主站時，需用“MBUS_CTRL”和“MBUS_MSG”程序庫。其中“MBUS_CTRL”程序庫中，“Mode”引腳為通訊協(xié)議選擇，為1時為MODBUS通訊方式，“Baud”為波特率，“Parity”為校驗選擇；“MBUS_MSG”程序庫中，“Slave”是從站的地址，“RW”為讀寫模式，“Addr”是讀寫從站的數(shù)據(jù)地址。

S7-200系列PLC作為從站時，按照上面的MODBUS通訊實例，其組態(tài)程序如圖5所示。從站側(cè)使用“MBUS_INIT”和“MBUS_SLAVE”程序庫。

圖5中，“MBUS_INIT”程序庫來設(shè)置MODBUS通訊協(xié)議、所通訊的數(shù)據(jù)數(shù)量。“Mode”引腳為通訊協(xié)議選擇，為1時為MODBUS通訊方式，“Baud”為波特率，“Parity”為校驗選擇，“MaxIQ”“MaxAI”為最大數(shù)字量、模擬量點，取決于CPU類型和最大值。為MODBUS從站通訊最主要的設(shè)置；“MBUS_SLAVE”程序庫被用于為Modbus主設(shè)備發(fā)出的請求服務(wù)，并且必須在每次掃描時，EN輸入開啟，執(zhí)行該指令。以便允許該指令檢查和回答Modbus請求。

圖5 S7-200系列PLC MODBUS從站通訊實例

同DCS MODBUS從站一樣，S7-200從站只需將通訊協(xié)議和從站模塊觸發(fā)后就可以了，等待MODBUS主站命令操作。

2 模擬通訊測試

在ECS-700 DCS、S7系列PLC做好MODBUS通訊組態(tài)后，可以先通過第三方軟件模擬測試，查看通訊組態(tài)的正確與否。

第三方的軟件，常用的有ModScan32和Modbus Slave；其中ModScan32用作主站來測試和MODBUS從站的通訊，Modbus Slave可用作從站來測試和MODBUS主站的通訊。這些軟件都可以在網(wǎng)上下載。

以上實例，用ModScan32來模擬主站和從站通訊，其配置如圖6所示。

圖6 ModScan32用作主站來測試和MODBUS從站的通訊配置圖

Modbus Slave可用作從站來測試和MODBUS主站的通訊，其配置如圖7所示。

圖7 Modbus Slave可用作從站來測試和MODBUS主站的通訊配置圖

第三方軟件的使用，能夠較好地分辨通訊中主、從站的通訊程序配置是否正確，較少地減少通訊雙方因為通訊問題存在的分歧。

3 ECS-700 DCS系統(tǒng)與S7 PLC系統(tǒng)的通訊實例

燕化公司某化工裝置成套壓縮機設(shè)備使用的是西門子S7-200系列PLC，現(xiàn)需將PLC與ECS-700 DCS通過MODBUS通訊連接起來，使操作人員可以在DCS監(jiān)控設(shè)備的運行狀況。

現(xiàn)約定PLC與DCS通訊串口設(shè)置如下：

波特率：9600kbps

數(shù)據(jù)位：8位

停止位：1位

奇偶校驗方式：無校驗

MODBUS從站地址為：2

PLC為MODBUS從站，DCS為MODBUS主站。

已知PLC所要與DCS通訊的數(shù)據(jù)地址及參數(shù)如表1所示。

表1 PLC所要與DCS通訊的數(shù)據(jù)地址及參數(shù)

則，MODBUS從站側(cè)初始化MODBUS從站及串口設(shè)置程序如圖8所示。

圖8 S7-200系列PLC MOUBUS從站組態(tài)實例

PLC系統(tǒng)接入ECS700系統(tǒng)，確定使用COM741-S基座的第一條串口，即COM0、DCS作為MODBUS主站，先對串口COM0進(jìn)行設(shè)置，如圖9所示。

圖9 COM0串口設(shè)置圖

選擇COM0添加設(shè)備，設(shè)備參數(shù)設(shè)置如下：

名稱：PLC

地址：0（DCS主站設(shè)置地址）

地址：2（外部設(shè)備撥碼地址）

響應(yīng)時間：0ms（讓串行通訊模塊自行修正）

間隔時間：10ms，設(shè)置完成后，如圖10所示。

圖10 設(shè)備參數(shù)設(shè)置圖

右鍵選中設(shè)備PLC，添加通訊命令，即添加cmd，cmd1完成以250ms為周期，讀取40010號開始的6個寄存器，設(shè)置完成后如圖11所示。

圖11 通訊命令設(shè)置圖

根據(jù)S7-200 PLC的使用說明，4XXXX寄存器為輸入寄存器，對于DCS系統(tǒng)，應(yīng)使用4號功能碼，即本模塊“讀AI”功能號實現(xiàn)，讀取地址XXXX+1。讀取位號類型為2字節(jié)整型模擬量輸入。

從上述實例及介紹中，可以看出MODBUS通訊需要注意的地方為：除了主站、從站側(cè)要統(tǒng)一串口設(shè)置（波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗位）之外，還要統(tǒng)一MODBUS從站地址，然后根據(jù)從站側(cè)的地址來確定主站側(cè)需要使用的功能碼。

4 結(jié)束語

MODBUS作為一種工業(yè)控制器的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，隨著小型成套設(shè)備的成熟，和大型DCS系統(tǒng)的通訊日漸增多，其在DCS與小型成套設(shè)備之間進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)、監(jiān)控方面發(fā)揮著重要作用，本文以浙江中控公司ECS-700 DCS控制系統(tǒng)與西門子S7-200系列PLC控制系統(tǒng)為例，詳述了如何應(yīng)用Modbus RTU通訊協(xié)議以及檢測方法，使得控制器之間的通訊變得更加簡易和清晰。

目前，燕化公司某化工裝置現(xiàn)有成套壓縮機設(shè)備的PLC控制系統(tǒng)，與ECS-700 DCS采用了MODBUS通訊，運行狀態(tài)及數(shù)據(jù)傳到DCS系統(tǒng)中，使生產(chǎn)工藝技術(shù)人員、操作人員很方便地在DCS操作臺上了解設(shè)備的運行狀態(tài)，加強了對裝置的安全監(jiān)控。MODBUS通訊調(diào)試成功、投用后，運行平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)任何問題，對裝置的安全、平穩(wěn)生產(chǎn)起到了重要的作用。