摘要：本文介绍了MODBUS协议具有侦错能力强、数据传输量大、实时性好等特点，因此成为自控领域使用非常广泛的通讯语言，介绍了Honeywell PKS 分散控制系统与Siemens PLC.通过MODBUS协议进行实时通讯的设计和开发，介绍了MODBUS协议的特点和应用过程，对两系统硬建设置、软利组态以及调试方面作了较为详细的介绍。
关键词：Modus通信协议；分散型控制系统；数据共享
前言
随着计算机、通信及自动控制等技术的发展，对企业自动化设备工作状况进行远程监测和控制，不仅可随时了解设备工作状态，设备出现异常时报警，便于及时发现，提高工作性能，在实际现场应用中，需要把不同厂家控制系统的数据进行共享互联。某甲醇厂60万吨/年甲醇项目的主控制系统采用了美国先进的控制系统Honeywell pks，而现场低压煤浆泵、氮压机、磨煤机的装置系统的控制系统为各自独立配置SIEMENS S7-300 PLC控制系统。为了有效的监控这些设备的运行参数，采用Modbus协议来实现控制系统与SIEMENS S7-300控制系统之间的串口通讯。
一、Modbus协议简介
Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议可使控制器相互之间、控制器经由网络和其它设备之间进行通信。它已经成为一通用工业标准。可以把不同厂商生产的控制设备连成工业网络，进行集中监控。Modbus协议是一种适用于工业控制领域的主从式串口通讯协议，它采用查询通讯方式进行主从设备的信息传输，可寻址1-247个设备地址范围。协议包括广播查询和单独设备查询两种方式，二者区别就是广播查询不需要从设备回应信息。
控制器通信使用主—从技术，即仅一设备(主设备)能初始化传输(查询)。其它设备(从设备)根据主设备查询提供的数据作出相应反应。典型的主设备：主机和可编程仪表。典型的从设备：可编程控制器。主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信，从设备返回一消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。Modbus协议建立了主设备查询的格式：设备(或广播)地址、功能代码所有要发送的数据、一错误检测域。从设备回应消息也由Modbus协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生一错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去。
二、PKS 系统的通讯功能
PKS 系统是Honeywell公司推出得基于批处理、过程控制、 SCADA应用的开放的混合控制系统。它通过串行口（Serial）和第三方控制器或PLC通讯。它支持多种类型的控制器通讯，并可以灵活的采用多种连接方式。控制器带网络接口控制工程网权，可以直接接入到网络上，如果控制器带串口控制工程网权，可以通过modbus协议终端服务连接到网络上来。一个modbus协议终端服务允许多个控制器同时连接到网路上来，并提供多种连接接口RS-232、RS-422、RS-485。利用Modbus 协议配置方式实现兖州煤业榆林能化甲醇厂60万吨/年甲醇项目Honeywell PKS 控制系统与SIEMENS S7-300 PLC控制系统控制器之间的串口通讯。
1.硬件介绍
串行接口卡件(SIM)是安装在PKS系统标准卡槽上的双宽度I/O卡件，它的功能是实现通过现场端子板FTA连接串行接口卡件的现场设备与PKS控制器之间的通讯桥梁。串行接口卡件可以提供与单FTA 电源适配器连接的两个FTA 通讯的两个串口的双向通讯接口控制工程网权，它不存储和保持任何现场I/O设备的组态数据和实时数据，它只在与它相连的现场设备与控制器之间传输数据参数。
某甲醇厂60万吨/年甲醇项目采用了第一种FTA标准。一个SIM卡带两个FTA接线端子板(FTA A，FTA B)，由单独电源模块供电，每个FTA 接线端子板通过屏蔽双绞通讯线与第三方设备连接。各通讯设备以总线方式接入，当通讯距离超过100米或者干扰很强时两端均加上120欧姆电阻，连接第三方通讯设备到FTA端子的最大接线长度不超过300米，如果超过300米采用信号信号中继器或者放大器，每个FTA接线端子板最多可接的设备15个。
某甲醇厂60万吨/年甲醇项目的低压煤浆泵、磨煤机S7-300控制装置离主控室Honeywell PKS控制装置有600多米，采用了S7-300 的Modbus 485转换成光信号，通过光纤送至PKS控制装置控制室通讯柜内，然后通过光电转换成Modbus 485 信号接入PKS 通讯网中，实现数据通讯。而合成压缩机、丙烯压缩机采用ITCC控制系统与Honeywell PKS控制装置距离只有30米，直接采用Modbus 485屏蔽双绞通讯线进行连接通讯，进行数据共享。
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2.组态介绍：(以SINUMARRCH功能块为例)
每个SIM卡有32个通道，其中0-15通道与连接在FTA A板上的第三方设备的进行通讯，而16-31通道与连接在FTA B板上的第三方设备进行通讯。当只有1个FTA板时，那么这块FTA板必须配置成FTA A使用，即将FTA 接到Power Adapter的Channel A上，而且只能使用0-15通道。
Control Builder中SI通讯功能块有三种：对于一个软通道SINUMARR CH功能块可以接收/发放最多16个32位浮点数或整型数。
组态画面中：
Serial Link Device Address：为设备地址，即Modbus ID；Starting Element lndex：为接收/发送数据的起始地址。此为第三方厂家提供的，是Modbus通讯寄存器首地址，1个寄存器地址存储一个16位二进制数；Number of Numeric Value：接收/发送数据的个数。
一个SINUMARR CH功能块只能设置为一个数据类型，而且接收/发送数据的地址必须是连续的。Number of Numeric Value项中设置的值是从起始地址开始存储数据的个数；如果第三方设备发送/接收数据的Modbus 存储地址是放在不连续的几个地址段上，那么就必须用多个SINUMARR CH功能块来接收不同地址段的数据。
三、Siemens PLC中的组态与编程
CP341/CP441-2模块是西门子S7-300/400系列PLC中支持Modbus串行通讯的模块，CP341有1个(CP441-2有2个)串行通讯口(RS-232C或TTY或RS-485/422)。以使用这种通讯模块实现S7 300/400与Modbus主从站通讯，该系统使用CP341。要实现Modbus通讯时，需要在CP341/CP441-2模块上插入相应协议的硬件狗，CP模板才能够支持Modbus(RTU格式)。
首先安装STEP7 5.x软件和CP34.x模板所带的软件驱动程序。模板驱动程序包括了对CP341进行参数化的窗口、用于串行通讯的FB程序块、模板不同应用方式的例子程序，CP341模板手册的附录B中说明了CP模板通讯口的针脚定义。当系统上电，CP341模板初始化完成后，SF灯点亮；断电，在CP模块上插入Modbus从站硬件狗，然后安装Modbus从站软件包，安装完软件包后，就可在项目中组态Modbus从站，双击CP341模块，记录下模板的硬件地址(编程时用到此参数)，在模块的属性窗口中点击Parameter:按钮，选择Modbus从站协议，将PC和PLC连接起来，PLC上电，点击Load Drivers图标，弹出装载驱动窗口:点击Load Drivers按钮，完成从站驱动安装过程，进行Modbus驱动装载的时候，PLC必须处于STOP状态。再双击信封图标，打开Modbus从站参数设置窗口，具体设置参数有波特率、数据位、奇偶校验位、停止位、从站地址等。
设置完参数后进行编程，FB80是CP341的Modbus通讯功能块，Modbus通讯功能块用DB80作为其背景数据块。FB 180是CY441-2的Modbus通讯功能块，其背景功能块为DB180，这2个功能块必须在用户程序的循环程序中运行(通常为081)。在081中调用FB80/ FB180，设置其输入输出参数，FB80和FB 180中参数具体可参考手册。
PLC每一次冷启动后必须进行1次Modbus功能块初始化设置，具体体现为给CP_STA-RT 1个上升沿触发信号，OB100为PLC冷启动后执行的第1个功能块，此处OB100是为通讯进行一些初始化设置。Modbus通讯功能块调用FB 7 "PRCV_RK"(Receive data)和FB 8“P_SN D_RK"(Send data)(CP341)，SFB BSEN D( CP 441-2)进行CP和功能块之间的通信，故相应的功能块也应组态在工程中并下装到CPU中。
四、结束语
目前DCS在石化企业中应用相当广泛，但在一些场合，比如开关量较多、安全可靠性要求不是很高、信号比较集中等场合，DCS并不
是最佳选择，这时候也可以考虑PLC和DCS相结合的方法。使用这种方法，不但减小了PKS系统的控制负荷，提高了控制精度，而且费用较低，起到了良好的经济效益。
参考文献
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［3］黄能把，骆仕添.基于Modbus协议的Siemens PLC应用系统.微型计算机信息.2004，(7):26
论文作者:宋建华,王晓峰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/30
标签：通讯论文; 设备论文; 协议论文; 功能论文; 数据论文; 控制系统论文; 控制器论文; 《电力设备》2017年第28期论文;