潘學思

摘 要：Modbus通訊協(xié)議作為應用于控制器的一種通用語言，不僅具有著實時性強、數(shù)據(jù)傳輸量大的特點，同時還能夠實現(xiàn)不同控制系統(tǒng)或控制系統(tǒng)與控制設備間的有效通訊，在自控領域的應用十分廣泛?；诖?，本文對Modbus通訊協(xié)議進行了簡單介紹，同時從DCS系統(tǒng)與PLC通訊的角度出發(fā)，對Modbus通訊協(xié)議在系統(tǒng)互聯(lián)通訊領域的具體應用展開了探討，希望能夠為DCS系統(tǒng)與PLC間的有效互聯(lián)提供一定借鑒。

關鍵詞：Modbus通訊協(xié)議;DCS;PLC

引言：在工業(yè)自動化發(fā)展趨勢下，當前工業(yè)生產(chǎn)中的控制系統(tǒng)雖然已經(jīng)從單機控制轉向分散控制，并在生產(chǎn)成本降低、系統(tǒng)性能提升等方面取得了較為理想的效果，但由于分散控制往往需要在不同控制系統(tǒng)間實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，如集成系統(tǒng)無法滿足實際控制需求，有時還需要額外增設新系統(tǒng)，因此如何實現(xiàn)不同控制系統(tǒng)間的互聯(lián)，仍然成為了工業(yè)控制領域所面對的重要問題，而對于Modbus通訊協(xié)議的應用，則正是解決這一問題的有效途徑。

1.Modbus通訊協(xié)議概述

Modbus通信協(xié)議最早出現(xiàn)于1979年，是世界范圍內首個應用于工業(yè)現(xiàn)場實踐的總線協(xié)議，通常應用于電子控制器，具有著標準、開放、支持多種接口、幀格式簡單等特點，能夠為電子控制器間或控制器與設備間的通信提供重要支持[1]。一般來說，由于Modbus通信協(xié)議能夠制定消息域格局和內容的公共格式，并對控制器請求訪問控制設備、回應設備請求、偵測錯誤的過程進行準確描述，因此無論是在何種通信網(wǎng)絡下，其定義的消息結構都能夠為電子控制器所識別，并確定發(fā)出消息的設備地址，進而根據(jù)消息內容及設備來做出相應的控制行動。另外，如電子控制器需要對發(fā)出消息的設備進行回應，還可以將其他網(wǎng)絡上包含Modbus協(xié)議的消息轉換為適應Modbus網(wǎng)絡的幀或包結構，為路由路徑、錯誤檢測等問題的解決提供支持。

2.基于Modbus通訊協(xié)議的DCS與PLC通訊實現(xiàn)方法

2.1 通信系統(tǒng)硬件組成

從現(xiàn)階段的技術條件來看，Modbus通訊協(xié)議雖然可以支持多種電氣接口，但通常都是以RS-232、RS-485兩種為主，由于兩種接口各有優(yōu)劣，因此在實際應用階段，還需根據(jù)實際應用需求來對其進行合理選擇。例如RS-232接口系統(tǒng)通常用于電子控制器間或電子控制器與控制設備間的一對一連接，可同時進行通訊消息的收發(fā)，能夠保證較高的通訊效率，但傳輸速率相對較低（通常在20kB/s左右），傳數(shù)據(jù)率也比較短（一般為15m），如能夠保持同步運行，則可支持設備上限為8臺。而RS-485接口系統(tǒng)則屬于一對多的連接關系，相較于RS-232接口系統(tǒng)，在傳輸速度與傳輸距離方面均具有比較明顯的優(yōu)勢（傳輸距離可達1200m，傳輸速率高于100kB/s），可支持設備上限也達到了32臺，但無法實現(xiàn)通訊消息的同時收發(fā)，兼容性也不如RS-232接口系統(tǒng)[2]。在確定接口系統(tǒng)后，可通過RS-232或RS-485接口對設備進行連接，具體連接方法應以參考手冊作為標準，對于需要連接的控制設備，還要提前設置好單獨的終端電阻裝置。

2.2 DCS系統(tǒng)組態(tài)

確定通信系統(tǒng)硬件組成與連接方法后，為滿足DCS系統(tǒng)的組態(tài)要求，還要借助工程師站的相關權限對系統(tǒng)組態(tài)加以修改，對卡件名稱、類型、型號、地址等信息進行設置，之后再完成串行通訊控制、自定義變量設置、圖形編輯使用等操作。其中串行通訊設置是指確定與串行設備一致的波特率及通訊方式，以免使從站地址出現(xiàn)沖突。自定義變量設置則是指根據(jù)DCS系統(tǒng)中其他控制站的變量名，設置好控制卡內部的變量字節(jié)與數(shù)量，以免出現(xiàn)變量名沖突的情況。圖形編輯使用需要依托圖形編輯指令，完成通訊數(shù)據(jù)轉換、數(shù)據(jù)運算等工作，對于涉及其他控制站數(shù)據(jù)的通訊消息，還要通過控制站間的通訊來實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、變量調用，之后再進行通訊數(shù)據(jù)轉換、運算[3]。此外，由于，Modbus通訊組態(tài)所使用的方式可分為兩種，因此在進使用圖形編輯的同時，還要調用SCX語言來完成相關程序的編寫，為控制站與串行設備間的數(shù)據(jù)共享提供支持，并對保持寄存器進行讀寫，使保持寄存器的變量數(shù)量、地址等能夠與控制卡內部的通訊數(shù)據(jù)組保持一致。需要注意的是，由于控制卡所帶串行設備的地址必須要區(qū)別開來，因此在組態(tài)過程中，必須要保證與串行設備連接的Modbus通訊具備地址識別能力，如同一控制卡中的某臺串行設備接口使用了與其他設備不同的接口，還要額外安裝借口轉換模塊（通常為RS-232與RS-485接口互轉），以便于實現(xiàn)串行設備間的有效連接。

2.3 PLC下組態(tài)

完成DCS系統(tǒng)組態(tài)后，還需選擇能夠支持Modbus通訊協(xié)議的操作模塊，以滿足主從站間的實際通信需求，對于操作模塊的具體選擇同樣需要根據(jù)具體應用需求而定，目前以西門子CP341/CP441—2模塊最為常見。而基于選擇好的操作模塊，則需要安裝相應的軟件驅動程序、插入硬件狗，并保證硬件狗能夠與Modbus通訊協(xié)議相對應，為*.rtu格式數(shù)據(jù)信息的讀取體用支持，軟件驅動程序的覆蓋運行內容通常應包括FB程序模塊、針腳定義標準、參數(shù)化處理窗口等。之后，還要分別在通電與斷電狀態(tài)下完成模塊初始化、從站軟件包安裝等工作，之后再正式啟動程序，完成對模板硬件地址參數(shù)的設置記錄，具體參數(shù)包括數(shù)據(jù)位指標、奇偶校檢位指標、波特率指標等，并通過簡單的手動操作來實現(xiàn)單機與PLC在的有效、可靠連接[4]。

2.4 通訊測試

在分別完成DCS系統(tǒng)與PLC下的組態(tài)后，為確定DCS與PLC間的通訊已經(jīng)實現(xiàn)，還需采用Modbus通訊測試軟件來進行測試。通訊測試過程中應利用軟件功能分別對主站與從站進行模擬，并同PLC和DCS系統(tǒng)進行信息發(fā)送、報文接收等方式的通訊，如確定通訊情況一切正常，則可確定DCS與PLC通訊實現(xiàn)，反之則需要繼續(xù)查看通訊情況異常的原因，并及時對通信系統(tǒng)進行調試。

結束語：總而言之，Modbus通訊協(xié)議的出現(xiàn)與推廣應用，為工業(yè)控制領域的多控制系統(tǒng)及控制系統(tǒng)與控制設備互聯(lián)提供了重要支持，但在相關應用實踐中，要想真正實現(xiàn)DCS系統(tǒng)與PLC間的互聯(lián)，并將完善的通訊系統(tǒng)起來，仍然需要對通信系統(tǒng)的硬件組成進行合理選擇，同時把握好DCS系統(tǒng)組態(tài)、PLC下組態(tài)、系統(tǒng)通訊測試等方面的應用要點

參考文獻：

[1]熊征偉.基于MODBUS協(xié)議的臺達PLC控制多臺變頻器應用研究[J].機械制造與自動化，2019，48（02）：202-205.

[2]王堃，馮敬宇.Modbus通訊協(xié)議在自動控制系統(tǒng)中的應用[J].自動化博覽，2019，36（03）：80-84.

[3]吳佩發(fā).基于Modbus通訊協(xié)議對ABB變頻器的冷卻塔控制[J].智慧工廠，2018，（07）：55-57.

[4]方愛平.基于Modbus協(xié)議的三菱FX3UPLC與智能儀表通訊的探討[J].自動化應用，2017，（08）：97-98+132.

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