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        Modbus通訊協(xié)議在DCS與PLC通訊中的應(yīng)用

        2014-03-06 07:11:26康曉偉
        機(jī)電信息 2014年6期
        關(guān)鍵詞:控制卡組態(tài)通訊

        康曉偉

        (杭州立佳環(huán)境服務(wù)有限公司,浙江 杭州311199)

        0 引言

        在當(dāng)前技術(shù)條件支持下,Modbus通訊協(xié)議以RS232/RS485作為標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行。在以該通訊協(xié)議為載體的接口系統(tǒng)中,可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求選擇科學(xué)的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。其中,基于RS232通訊協(xié)議的接口系統(tǒng)僅能實(shí)現(xiàn)“一對一”的連接關(guān)系,理想狀態(tài)下傳輸速率在20.0kB/s范圍之內(nèi),同步運(yùn)行狀態(tài)下可支持設(shè)備為8臺(tái),傳輸距離僅為15.0m;而對于基于RS485通訊協(xié)議的接口系統(tǒng)而言,所對應(yīng)的連接關(guān)系為“一對多”,理想狀態(tài)下傳輸速率在100.0kB/s以上,同步運(yùn)行狀態(tài)下可支持設(shè)備為32臺(tái),傳輸距離達(dá)到1200.0m。

        1 通信系統(tǒng)硬件組織及連接

        在通訊協(xié)議的支持下,每個(gè)XP244控制卡接口可支持4個(gè)設(shè)備的互聯(lián),連接方法以參考手冊為準(zhǔn)。同時(shí),為保障其質(zhì)量安全、可靠,要求該終端配備120.0Ω的終端電阻裝置。整個(gè)DCS系統(tǒng)與串行設(shè)備的連接示意圖如圖1所示。

        圖1 DCS系統(tǒng)與串行設(shè)備連接示意圖

        2 DCS系統(tǒng)組態(tài)

        為滿足DCS組態(tài)要求,具體實(shí)施方法為:在工程師站電腦上通過相應(yīng)權(quán)限進(jìn)入系統(tǒng)組態(tài)進(jìn)行組態(tài)修改,首先在控制站進(jìn)行所選卡件的組態(tài),設(shè)置相應(yīng)卡件名稱、地址、掃描周期、卡件類型、型號等,其中需要注意的是組態(tài)中卡件地址必須與撥碼開關(guān)一致,掃描周期不宜過短,以免影響總線系統(tǒng)運(yùn)行。在進(jìn)行Modbus通訊組態(tài)中,主要使用SCX語言編程和圖形編輯2種。在組態(tài)中,主要進(jìn)行以下操作:(1)串行通訊設(shè)置:主要是對應(yīng)串行設(shè)備的波特率和通訊方式選擇,需要和串行設(shè)備保持一致,從站地址不能沖突,地址范圍在0~255;(2)自定義變量設(shè)置:設(shè)置控制卡內(nèi)部使用變量,主要根據(jù)通訊和系統(tǒng)要求設(shè)置內(nèi)部變量字節(jié)和數(shù)量,其設(shè)置變量名不能和DCS其他控制站的變量名沖突;(3)圖形編輯使用:通過圖形編輯的各種指令來對通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和運(yùn)算,如果通訊需要使用其他控制站數(shù)據(jù),需要使用站間通訊方式來調(diào)用變量,并可以使通訊數(shù)據(jù)在各控制站內(nèi)靈活調(diào)用;(4)SCX語言調(diào)用:控制卡通信驅(qū)動(dòng)程序可以通過SCX語音編寫來實(shí)現(xiàn),直接對控制站和串行設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,主要是對保持寄存器進(jìn)行讀寫操作,需要注意的是控制卡內(nèi)部通訊數(shù)據(jù)組要和從站設(shè)備的保持寄存器起始地址和變量數(shù)量保持一致。

        通過以上的編程組態(tài),在 Modbus通訊協(xié)議基礎(chǔ)上,DCS通過XP244控制卡件與外部串口設(shè)備連接,其中控制卡支持連接4臺(tái)從站設(shè)備,從站設(shè)備需使用Modbus Slave協(xié)議,DCS和每個(gè)串行設(shè)備能夠傳輸64個(gè)字節(jié)變量,即512個(gè)Bool量或32個(gè)Int量。

        編程中需要注意的問題如下:(1)串行設(shè)備地址:每個(gè)控制卡最多帶4臺(tái)串行設(shè)備,而且串行設(shè)備之間地址不能沖突,每臺(tái)串行設(shè)備協(xié)議能夠進(jìn)行地址識(shí)別;(2)串行設(shè)備接口:控制卡帶多臺(tái)串行設(shè)備時(shí),如果其中某臺(tái)串行設(shè)備使用RS232接口,需要對其安裝RS232/RS485轉(zhuǎn)換模塊,以實(shí)現(xiàn)和其他串行設(shè)備的連接;(3)主從站關(guān)系:Modbus協(xié)議中,控制卡只能做主站,各串行設(shè)備只能做從站,主站主動(dòng)發(fā)送指令,各串行設(shè)備進(jìn)行響應(yīng);(4)通訊協(xié)議:串行設(shè)備只能使用Modbus Slave協(xié)議,而不是Modbus Plus協(xié)議;(5)數(shù)據(jù)格式:控制卡和串行設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊時(shí),進(jìn)行SCX語言編程,指令變量為Bool或者Int,控制卡讀寫串行設(shè)備都需要符合數(shù)據(jù)格式,如果控制卡調(diào)用其他控制站變量不符合數(shù)據(jù)格式,需要對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換;(6)時(shí)間函數(shù)設(shè)置:在SCX語言中,系統(tǒng)延遲等待時(shí)間和通訊指令等待時(shí)間要設(shè)置恰當(dāng),系統(tǒng)延遲時(shí)間如果太短則造成系統(tǒng)無法接收返回?cái)?shù)據(jù),而通訊指令等待時(shí)間太短則系統(tǒng)無法執(zhí)行下一條指令,會(huì)造成通訊中斷。

        3 PLC下組態(tài)及編程方法

        在支持Modbus通訊協(xié)議的基礎(chǔ)條件下,首先需選擇能夠支持該協(xié)議的操作模塊。當(dāng)前多推薦選擇CP341/CP441-2模塊。CP341/CP441-2模塊常態(tài)下對應(yīng)有1/2個(gè)串行通訊接口,可支持Modbus通訊協(xié)議下的串行通訊需求。通過對該操作模塊的應(yīng)用,可以Modbus為載體,滿足主從站通訊需求。具體的實(shí)現(xiàn)思路為:在實(shí)現(xiàn) Modbus的過程中,基于CP341/CP441-2模塊,插入與該通訊協(xié)議相對應(yīng)的硬件狗,以確保Modbus通訊協(xié)議下所對應(yīng)的*.rtu格式數(shù)據(jù)信息能夠?yàn)镃P模塊所支持與讀取。

        在基于Modbus通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)PLC模塊組態(tài)與編程的過程中,由于所選擇的操作模塊為CP341/CP441-2模塊,因此需要選擇安裝上述模塊所對應(yīng)的STEP75.x以及CP34.x軟件驅(qū)動(dòng)程序。所安裝驅(qū)動(dòng)程序覆蓋運(yùn)行內(nèi)容包括:對CP341/CP441-2模塊參數(shù)化處理窗口;基于滿足串行通訊需求的FB程序模塊;不同模板應(yīng)用方式下對應(yīng)例子程序模塊;CP模塊通訊口針腳定義標(biāo)準(zhǔn)。在通電條件下,完成CP341/CP441-2模塊的初始化工作,初始化后SF燈處于“ON”狀態(tài)。斷電操作后,插入基于Modbus通訊協(xié)議的從站硬件狗,進(jìn)而安裝附屬從站軟件包。啟動(dòng)程序后,可對CP341/CP441-2模塊進(jìn)行雙擊啟動(dòng)操作,記錄后期標(biāo)稱所需的模板硬件地址參數(shù)。進(jìn)而,選擇“Parameter”按鈕,實(shí)現(xiàn)Modbus通訊協(xié)議下PC單機(jī)與PLC的可靠連接。需要特別注意以下幾個(gè)問題:(1)在安裝基于Modbus驅(qū)動(dòng)程序的過程中,需要確保PLC處于“STOP”狀態(tài);(2)參數(shù)設(shè)置期間,Modbus通訊協(xié)議所對應(yīng)的設(shè)置參數(shù)構(gòu)成內(nèi)容包括數(shù)據(jù)位指標(biāo)、波特率指標(biāo)、停止位指標(biāo)、從站地址指標(biāo)、奇偶校驗(yàn)位指標(biāo)幾方面。

        在PLC編程操作期間,每針對PLC模塊進(jìn)行一次冷啟動(dòng),就需對該Modbus功能模塊進(jìn)行一次初始化設(shè)置工作。該操作下的具體表現(xiàn)形式為:系統(tǒng)給CP-START1個(gè)上升沿觸發(fā)信號,而在PLC模塊冷啟動(dòng)的狀態(tài)下,OB100即所執(zhí)行的第1個(gè)功能模塊,其主要功能在于面向基于Modbus的通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的初始化設(shè)置工作。通訊功能塊可通過對“FB8PSND-RK”進(jìn)行調(diào)用,支持功能塊與CP在通信上關(guān)系的構(gòu)建,與之相對應(yīng)的功能塊也應(yīng)組在工程中并下裝到CPU中。

        4 結(jié)語

        本文圍繞Modbus通訊協(xié)議在DCS以及PLC通訊領(lǐng)域中的應(yīng)用要點(diǎn)展開了詳細(xì)分析與探討,其研究價(jià)值表現(xiàn)在:通過DCS中的Modbus通訊模塊連接現(xiàn)場支持Modbus工況的設(shè)備或PLC的Modbus模塊,能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場分散設(shè)備或異構(gòu)設(shè)備之間的集中統(tǒng)一控制,提高控制效率,降低控制費(fèi)用,并可作為進(jìn)一步研究應(yīng)用PLC與DCS相結(jié)合的自動(dòng)控制方案的基礎(chǔ)。

        [1]涂雷,周秀紅.S7-200PLC與ACS550變頻器的 Modbus通訊[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2011(4)

        [2]崔勇剛.Modbus通訊技術(shù)在連續(xù)重整裝置的應(yīng)用[A].第五屆全國石油和化學(xué)工業(yè)儀表及自動(dòng)化技術(shù)交流研討會(huì)論文集[C],2006

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