都 爽

（北京燕山玉龍石化工程股份有限公司，北京102500）

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和過(guò)程控制技術(shù)的迅速發(fā)展，DCS、PLC等各類現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的開放性能越來(lái)越好。過(guò)去在不同廠家的控制系統(tǒng)之間，很難通過(guò)數(shù)據(jù)通迅技術(shù)實(shí)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(guó)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(lái)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(guò)程，以及怎樣利用第三方軟件測(cè)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(diǎn)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(guò)通訊的方式連入DCS系統(tǒng)中，通過(guò)SCnetIII網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在DCS系統(tǒng)中的共享，實(shí)現(xiàn)通過(guò)DCS讀取第三方智能設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

ECS-700系統(tǒng)的每套控制站最多可以帶7個(gè)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(jí)冗余配置，同時(shí)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(yàn)方式等通信參數(shù)必須相同。

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

每個(gè)串口的通訊參數(shù)都可以不相同，一個(gè)串行通訊模塊最多可以在四個(gè)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(guò)IO擴(kuò)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(yùn)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(jī)軟件VisualField進(jìn)行邏輯編程。

COM741-S串行通訊模塊通過(guò)模塊基座上的接線端子連接外部設(shè)備，其配對(duì)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(diǎn)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(gè)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(gè)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(duì)一冗余或一對(duì)二冗余）。如圖1。

圖1 冗余模式

（2）對(duì)串口的通訊參數(shù)進(jìn)行設(shè)置并組態(tài)。對(duì)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(gè)通訊數(shù)據(jù)位）、停止位（1、1.5、2位）、校驗(yàn)方式（無(wú)校驗(yàn)、奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)、標(biāo)志校驗(yàn)、空格校驗(yàn)）。如圖2。

圖2 對(duì)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(yè)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(hào)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(hào)自動(dòng)轉(zhuǎn)換，不可修改，輸出命令為寫出命令，將使用AO、DO位號(hào)、輸入命令為讀取命令，將使用AI、DI位號(hào)）、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(hào)，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(hào)信息設(shè)置主要包括位號(hào)類型和位號(hào)數(shù)量。在位號(hào)自動(dòng)掃描時(shí)將根據(jù)此處所選位號(hào)，在位號(hào)表軟件中生成相應(yīng)的位號(hào)類型，不同的功能號(hào)所支持的位號(hào)類型有所不同。位號(hào)數(shù)量根據(jù)位號(hào)類型及需要處理的線圈或寄存器位號(hào)的數(shù)量，由系統(tǒng)自動(dòng)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(shí)際地址）、響應(yīng)時(shí)間（一般設(shè)置為0，讓串行通訊模塊自動(dòng)修正）、間隔時(shí)間（一般設(shè)置為0，讓串行通訊模塊在0~10ms之間自動(dòng)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(guò)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(jī)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(gè)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(xiàng)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(jiǎn)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(kù)。對(duì)于S7-200系列PLC要用到MODBUS程序庫(kù)，主站側(cè)需用“MBUS_CTRL”和“MBUS_MSG”程序庫(kù)，從站側(cè)需用“MBUS_INIT”和“MBUS_SLAVE”程序庫(kù)。對(duì)于S7-300系列PLC，除了需要MODBUS master和MODBUS Slave驅(qū)動(dòng)程序外，還需要串行通訊模塊的驅(qū)動(dòng)程序：ptp driver，驅(qū)動(dòng)程序安裝順序?yàn)橄劝惭b串行通訊模塊的驅(qū)動(dòng)程序，然后安裝MODBUS master或MODBUS Slave驅(qū)動(dòng)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(shí)，需用“MBUS_CTRL”和“MBUS_MSG”程序庫(kù)。其中“MBUS_CTRL”程序庫(kù)中，“Mode”引腳為通訊協(xié)議選擇，為1時(shí)為MODBUS通訊方式，“Baud”為波特率，“Parity”為校驗(yàn)選擇；“MBUS_MSG”程序庫(kù)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(shí)，按照上面的MODBUS通訊實(shí)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(kù)。

圖5中，“MBUS_INIT”程序庫(kù)來(lái)設(shè)置MODBUS通訊協(xié)議、所通訊的數(shù)據(jù)數(shù)量?！癕ode”引腳為通訊協(xié)議選擇，為1時(shí)為MODBUS通訊方式，“Baud”為波特率，“Parity”為校驗(yàn)選擇，“MaxIQ”“MaxAI”為最大數(shù)字量、模擬量點(diǎn)，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(kù)被用于為Modbus主設(shè)備發(fā)出的請(qǐng)求服務(wù)，并且必須在每次掃描時(shí)，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(qǐng)求。

圖5 S7-200系列PLC MODBUS從站通訊實(shí)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(cè)試

在ECS-700 DCS、S7系列PLC做好MODBUS通訊組態(tài)后，可以先通過(guò)第三方軟件模擬測(cè)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(lái)測(cè)試和MODBUS從站的通訊，Modbus Slave可用作從站來(lái)測(cè)試和MODBUS主站的通訊。這些軟件都可以在網(wǎng)上下載。

以上實(shí)例，用ModScan32來(lái)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(lái)測(cè)試和MODBUS從站的通訊配置圖

Modbus Slave可用作從站來(lái)測(cè)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(lái)測(cè)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?yàn)橥ㄓ崋?wèn)題存在的分歧。

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

燕化公司某化工裝置成套壓縮機(jī)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(guò)MODBUS通訊連接起來(lái)，使操作人員可以在DCS監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)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(yàn)方式：無(wú)校驗(yàn)

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(shí)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(duì)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(shí)間：0ms（讓串行通訊模塊自行修正）

間隔時(shí)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(hào)開始的6個(gè)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(shuō)明，4XXXX寄存器為輸入寄存器，對(duì)于DCS系統(tǒng)，應(yīng)使用4號(hào)功能碼，即本模塊“讀AI”功能號(hào)實(shí)現(xiàn)，讀取地址XXXX+1。讀取位號(hào)類型為2字節(jié)整型模擬量輸入。

從上述實(shí)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(yàn)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(lái)確定主站側(cè)需要使用的功能碼。

4 結(jié)束語(yǔ)

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(cè)方法，使得控制器之間的通訊變得更加簡(jiǎn)易和清晰。

目前，燕化公司某化工裝置現(xiàn)有成套壓縮機(jī)設(shè)備的PLC控制系統(tǒng)，與ECS-700 DCS采用了MODBUS通訊，運(yùn)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(tái)上了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，加強(qiáng)了對(duì)裝置的安全監(jiān)控。MODBUS通訊調(diào)試成功、投用后，運(yùn)行平穩(wěn)，沒(méi)有出現(xiàn)任何問(wèn)題，對(duì)裝置的安全、平穩(wěn)生產(chǎn)起到了重要的作用。