郝振興

（北京信博昂自動(dòng)化科技有限公司，北京100096）

0 引言

嘉興站要達(dá)到自動(dòng)監(jiān)控、有人值守的運(yùn)行效果，所有現(xiàn)場(chǎng)儀表、設(shè)備如流量計(jì)算機(jī)、發(fā)電機(jī)、UPS、電液閥等都要以485通訊方式接入PLC內(nèi)，然后在場(chǎng)站和杭州調(diào)度中心SCADA系統(tǒng)監(jiān)控畫(huà)面顯示。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

嘉興站流量計(jì)算機(jī)等485設(shè)備與PLC通過(guò)施耐德網(wǎng)關(guān)TSXETG100實(shí)現(xiàn)通訊，設(shè)備側(cè)為RS485／Modbus協(xié)議，采用485組網(wǎng)，從站方式；PLC側(cè)采用以太網(wǎng)／Modbus TCP／IP，主站方式。Modbus 485通訊架構(gòu)只允許有一個(gè)主站，可以有多個(gè)從站?？紤]網(wǎng)關(guān)的通訊能力，配置兩套網(wǎng)關(guān)分擔(dān)通訊任務(wù)。

2 Modbus協(xié)議簡(jiǎn)介

（1）Modbus協(xié)議是工控行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，前身為莫迪康所寫(xiě)，現(xiàn)已被施奈德收購(gòu)，它是一種主站／從站協(xié)議，是事實(shí)上的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，受到500多家行業(yè)供應(yīng)商的支持，在線編程或數(shù)據(jù)采集應(yīng)用很容易通過(guò)任何計(jì)算機(jī)的串行口得到直接支持。

（2）當(dāng)在一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，此協(xié)議決定了每個(gè)控制器需知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來(lái)的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng)，控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。在其他網(wǎng)絡(luò)上，包含了Modbus協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)，這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決節(jié)地址、路由路徑及錯(cuò)誤檢測(cè)的方法。

（3）目前，Modbus有下列3種通信方式：1）以太網(wǎng)，對(duì)應(yīng)的通信模式是 Modbus TCP；2）異步串行傳輸（各種介質(zhì)如有線RS232／422／485、光纖、無(wú)線等），對(duì)應(yīng)的通信模式是 Modbus RTU或Modbus ASCⅡ；3）高速令牌傳遞網(wǎng)絡(luò)，對(duì)應(yīng)的通信模式是 Modbus PLUS。

3 通訊設(shè)備簡(jiǎn)介

（1）埃爾斯特—英斯卓美FC2000型流量計(jì)算機(jī)輸出有串行通訊接口RS485，支持Modbus 485RTU協(xié)議。

（2）PLC為Schneider公司的UNITY QUANTUM系列，CPU模塊為140CPU67160，CPU主機(jī)架安裝有網(wǎng)卡模塊NOE77101，此網(wǎng)卡模塊通過(guò)交換機(jī)和網(wǎng)關(guān)TSXETG100通訊。

（3）TSXETG100是一款實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)設(shè)備與串口設(shè)備互聯(lián)的Modbus網(wǎng)關(guān)，該產(chǎn)品可以通過(guò) Modbus TCP／IP協(xié)議和Modbus 485RTU協(xié)議的互換，輕松實(shí)現(xiàn)Modbus設(shè)備的互聯(lián)。嘉興站ETG100就是將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備RS485數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Modbus TCP／IP協(xié)議的數(shù)據(jù)，然后和140CPU67160建立通訊的。

4 通訊連接過(guò)程

4.1 通過(guò)筆記本上安裝的Modbus數(shù)據(jù)掃描軟件 Modscan讀寫(xiě)流量計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)

（1）流量計(jì)算機(jī)上電調(diào)試前先要檢查接線是否正確，一般是直流24V供電，注意檢查24V直流電是否接反，若接線無(wú)誤則上電，設(shè)置流量計(jì)算機(jī)的ID號(hào)，將RS485參數(shù)更改為標(biāo)準(zhǔn)的 Modbus RS485RTU 協(xié)議（波特率9 600kb／s，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)）。然后檢查RS485通訊線A、B是否接反，若接線正確就可以進(jìn)行下一步測(cè)試。

（2）將RS485轉(zhuǎn)232模塊接好線后插入筆記本的232串口（若筆記本無(wú)串口可以用RS485轉(zhuǎn)USB口模塊代替），打開(kāi)掃描軟件Modscan，輸入被讀取流量計(jì)算機(jī)的ID號(hào)（此ID號(hào)在流量計(jì)算機(jī)操作界面可以設(shè)定，注意保持一致即可），輸入被讀流量計(jì)算機(jī)地址表的起始地址、地址表長(zhǎng)度，選擇Modbus地址類(lèi)型、數(shù)據(jù)類(lèi)型，若能通訊成功，就可以看到被讀流量計(jì)算機(jī)地址表的數(shù)據(jù)了，若通訊不成功，會(huì)顯示相應(yīng)的報(bào)錯(cuò)信息，根據(jù)提示更換接線位置，改變起始地址數(shù)值、地址數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等，直到通訊正常為止。判斷數(shù)據(jù)正常的依據(jù)是讀取到的數(shù)據(jù)必須是連續(xù)穩(wěn)定無(wú)中斷情況下的數(shù)據(jù)。

4.2 TSXETG100與流量計(jì)算機(jī)建立通訊連接

（1）流量計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)讀取正常后，將計(jì)算機(jī)與TSXETG100的485信號(hào)線接好，選擇ETG100撥碼開(kāi)關(guān)為二線制Modbus 485信號(hào)接入方式，因嘉興站有兩臺(tái)流量計(jì)算機(jī)，故將兩臺(tái)流量計(jì)算機(jī)輸出的485A線并聯(lián)后出一根485A接入ETG100的3號(hào)接線端子，輸出的485B線并聯(lián)后出一根485B接入ETG100的4號(hào)接線端子，接線完畢后設(shè)置ETG100網(wǎng)關(guān)。TSXETG100第一次使用網(wǎng)頁(yè)瀏覽器更改它的IP地址：1）建立好物理連接；2）打開(kāi)6.0或更高版本的網(wǎng)頁(yè)瀏覽器；3）在地址欄敲入ETG100默認(rèn)地址169.254.0.10；4）默認(rèn)用戶名為Administrator，默認(rèn)密碼為Gateway，點(diǎn)擊OK；5）點(diǎn)擊Setup進(jìn)入ETG100的設(shè)置界面；6）設(shè)置TSXETG100的相應(yīng)參數(shù)為與上面一致的標(biāo)準(zhǔn)的Modbus參數(shù)，更改IP地址和PLC以太網(wǎng)的IP地址在同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)即可。

（2）在筆記本上用IE瀏覽器打開(kāi)ETG100的網(wǎng)頁(yè)，進(jìn)入讀取設(shè)備寄存器地址頁(yè)面，輸入被讀流量計(jì)算機(jī)地址表的ID號(hào)、起始地址、地址表長(zhǎng)度，在頁(yè)面上就能看到讀取的地址相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。此步注意事項(xiàng)：若遇到通訊不成功的情況，可以考慮更換485接線在3號(hào)、4號(hào)端子的位置，改變相應(yīng)的頁(yè)面設(shè)置參數(shù)測(cè)試即可。此步驟也可用Modscan掃描軟件以以太網(wǎng)方式連接ETG100查看數(shù)據(jù)是否成功讀寫(xiě)。

4.3 TSXETG100數(shù)據(jù)接入PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

（1）若前面兩步?jīng)]有問(wèn)題，將ETG100接入PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，PLC讀寫(xiě)網(wǎng)關(guān)有兩種途徑，一是通過(guò)設(shè)置PLC的模塊實(shí)用程序I／O掃描地址表來(lái)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，二是在編程軟件 UNITY PRO內(nèi)編寫(xiě)READ＿REG、WRITE＿REG功能塊讀取、寫(xiě)入流量計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)，在嘉興站采用第二種方式。

（2）因ETG100網(wǎng)關(guān)設(shè)備不止一個(gè)，140CPU67160不支持對(duì)通訊功能塊的自動(dòng)排序，需要編寫(xiě)輪詢程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，輪詢是每次只能激活一個(gè)Modbus的讀寫(xiě)功能塊，REQ輸入處出現(xiàn)上升沿時(shí)，此功能塊將通過(guò)TCP／IP以太網(wǎng)從已定址從站讀取一個(gè)寄存器區(qū)域。READ＿REG、WRITE＿REG功能塊使用一條數(shù)據(jù)事務(wù)路徑，并且需經(jīng)過(guò)多個(gè)循環(huán)才能完成一項(xiàng)操作?？捎玫氖聞?wù)路徑數(shù)取決于使用的通訊端口，TCP／IP以太網(wǎng)NOE77101模塊同時(shí)最多支持16個(gè)功能塊?？梢栽谕粋€(gè)通訊端口上對(duì)更多的通訊功能塊進(jìn)行編程，但對(duì)于超過(guò)該端口支持的最大數(shù)目的通訊功能塊，將不再提供服務(wù)，直到釋放一條事務(wù)路徑為止。當(dāng)事務(wù)路徑資源空閑時(shí)，同一個(gè)端口上的下一個(gè)功能塊才會(huì)變?yōu)榛顒?dòng)狀態(tài)，并開(kāi)始使用釋放的路徑。

（3）超時(shí)時(shí)間要設(shè)置合理，若超時(shí)時(shí)間過(guò)短，響應(yīng)不能完全返回，通訊就會(huì)報(bào)錯(cuò)；若超時(shí)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)導(dǎo)致通訊周期過(guò)長(zhǎng)。由于流量計(jì)組分?jǐn)?shù)據(jù)偶爾需要根據(jù)實(shí)際工況寫(xiě)入流量計(jì)算機(jī)，故程序做了讀數(shù)據(jù)和寫(xiě)數(shù)據(jù)不同時(shí)進(jìn)行的條件切換指令，需要寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，流量計(jì)算機(jī)停止讀取數(shù)據(jù)，待數(shù)據(jù)寫(xiě)入完成后，停止寫(xiě)數(shù)據(jù)，開(kāi)始讀數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)讀寫(xiě)通訊成功后，在UNITY PRO動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控表里可以查看數(shù)據(jù)值。

（4）流量計(jì)數(shù)據(jù)在PLC通訊完成后，可同時(shí)傳入值班室和杭州調(diào)度中心上位機(jī)監(jiān)控軟件INTOUCH來(lái)展示，做數(shù)據(jù)記錄、報(bào)警、打印報(bào)表等操作，方便運(yùn)行人員隨時(shí)查看、抄錄。

5 結(jié)語(yǔ)

流量計(jì)算機(jī)的RS485數(shù)據(jù)通過(guò)ETG100網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的Modbus TCP／IP以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，方便了PLC通過(guò)以太網(wǎng)讀取數(shù)據(jù)，為滿足下游用戶的用氣流量要求并進(jìn)行貿(mào)易交接計(jì)量提供了保證。同時(shí)發(fā)電機(jī)、UPS、電液閥的數(shù)據(jù)根據(jù)同樣原理分別讀取到站控系統(tǒng)畫(huà)面，方便了運(yùn)行人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)準(zhǔn)確排查設(shè)備故障，達(dá)到了良好的自動(dòng)監(jiān)控效果。