Modbus協議在Honeywell DCS與Siemens PLC通訊中的應用介紹

兗州煤業榆林能化公司 尹宗志

隨著計算機、通信及自動控制等技術的發展，對企業自動化設備工作狀況進行遠程監測和控制，不僅可隨時了解設備工作狀態，設備出現異常時報警，便于及時發現，提高工作性能，在實際現場應用中，需要把不同廠家控制系統的數據進行共享互聯。某甲醇廠60萬噸/年甲醇項目的主控制系統采用了美國先進的控制系統Honeywell pks，而現場低壓煤漿泵、氮壓機、磨煤機的裝置系統的控制系統為各自獨立配置SIEMENS S7-300 PLC控制系統。為了有效的監控這些設備的運行參數，采用Modbus協議來實現控制系統與SIEMENS S7-300控制系統之間的串口通訊。

一、Modbus協議簡介

Modbus 協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協議可使控制器相互之間、控制器經由網絡和其它設備之間進行通信。它已經成為一通用工業標準。可以把不同廠商生產的控制設備連成工業網絡，進行集中監控。Modbus協議是一種適用于工業控制領域的主從式串口通訊協議，它采用查詢通訊方式進行主從設備的信息傳輸，可尋址1-247個設備地址范圍。協議包括廣播查詢和單獨設備查詢兩種方式，二者區別就是廣播查詢不需要從設備回應信息。

標準的Modbus口是使用一RS-232C兼容串行接口，它定義了連接口的針腳、電纜、信號位、傳輸波特率、奇偶校驗。控制器能直接或經由 Modem組網。

控制器通信使用主—從技術，即僅一設備(主設備)能初始化傳輸(查詢)。其它設備(從設備)根據主設備查詢提供的數據作出相應反應。典型的主設備：主機和可編程儀表。典型的從設備：可編程控制器。主設備可單獨和從設備通信，也能以廣播方式和所有從設備通信。如果單獨通信，從設備返回一消息作為回應，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應。Modbus協議建立了主設備查詢的格式：設備(或廣播)地址、功能代碼所有要發送的數據、一錯誤檢測域。從設備回應消息也由Modbus協議構成，包括確認要行動的域、任何要返回的數據、和一錯誤檢測域。如果在消息接收過程中發生一錯誤，或從設備不能執行其命令，從設備將建立一錯誤消息并把它作為回應發送出去。

二、PKS 系統的通訊功能

PKS 系統是Honeywell公司推出得基于批處理、過程控制、 SCADA應用的開放的混合控制系統。它通過串行口（Serial）和第三方控制器或PLC通訊。它支持多種類型的控制器通訊，并可以靈活的采用多種連接方式。控制器帶網絡接口控制工程網權，可以直接接入到網絡上，如果控制器帶串口控制工程網權，可以通過modbus協議終端服務連接到網絡上來。一個modbus協議終端服務允許多個控制器同時連接到網路上來，并提供多種連接接口RS-232、RS-422、RS-485。利用Modbus 協議配置方式實現兗州煤業榆林能化甲醇廠60萬噸/年甲醇項目Honeywell PKS 控制系統與SIEMENS S7-300 PLC控制系統控制器之間的串口通訊。

1.硬件介紹

串行接口卡件(SIM)是安裝在PKS系統標準卡槽上的雙寬度I/O卡件，它的功能是實現通過現場端子板FTA連接串行接口卡件的現場設備與PKS控制器之間的通訊橋梁。串行接口卡件可以提供與單FTA 電源適配器連接的兩個FTA 通訊的兩個串口的雙向通訊接口控制工程網權，它不存儲和保持任何現場I/O設備的組態數據和實時數據，它只在與它相連的現場設備與控制器之間傳輸數據參數。

FTA采用插接卡件根據現場設備的需要選用指定的串行接口控制工程網權，共有兩種標準的FTA 產品。一種是MU-TSIMI2 Modbus型FTA提供點對點RTU EIA-232(RS-232)或EIA-422/485(RS-422、485)多點通訊接口。另一種是MU-TSIAI2 Allen-Bradley(A-B)型FTA提供一個EIA-232(RS-232)通訊接口用于DF1通訊協議的A-BPLC-2等現場設備。

某甲醇廠60萬噸/年甲醇項目采用了第一種FTA標準。一個SIM卡帶兩個FTA接線端子板(FTA A，FTA B)，由單獨電源模塊供電，每個FTA 接線端子板通過屏蔽雙絞通訊線與第三方設備連接。各通訊設備以總線方式接入，當通訊距離超過100米或者干擾很強時兩端均加上120歐姆電阻，連接第三方通訊設備到FTA端子的最大接線長度不超過300米，如果超過300米采用信號信號中繼器或者放大器，每個FTA接線端子板最多可接的設備15個。

某甲醇廠60萬噸/年甲醇項目的低壓煤漿泵、磨煤機S7-300控制裝置離主控室Honeywell PKS控制裝置有600多米，采用了S7-300 的Modbus 485轉換成光信號，通過光纖送至PKS控制裝置控制室通訊柜內，然后通過光電轉換成Modbus 485 信號接入PKS 通訊網中，實現數據通訊。而合成壓縮機、丙烯壓縮機采用ITCC控制系統與Honeywell PKS控制裝置距離只有30米，直接采用Modbus 485屏蔽雙絞通訊線進行連接通訊，進行數據共享。

2.組態介紹：(以SINUMARRCH功能塊為例)

每個SIM卡有32個通道，其中0-15通道與連接在FTA A板上的第三方設備的進行通訊，而16-31通道與連接在FTA B板上的第三方設備進行通訊。當只有1個FTA板時，那么這塊FTA板必須配置成FTA A使用，即將FTA接到Power Adapter的Channel A上，而且只能使用0-15通道。

Control Builder中SI通訊功能塊有三種：對于一個軟通道SINUMARR CH功能塊可以接收/發放最多16個32位浮點數或整型數。

組態畫面中：

Serial Link Device Address：為設備地址，即Modbus ID；

Starting Element lndex：為接收/發送數據的起始地址。此為第三方廠家提供的，是Modbus通訊寄存器首地址，1個寄存器地址存儲一個16位二進制數；

Number of Numeric Value：接收/發送數據的個數。

一個SINUMARR CH功能塊只能設置為一個數據類型，而且接收/發送數據的地址必須是連續的。Number of Numeric Value項中設置的值是從起始地址開始存儲數據的個數；如果第三方設備發送/接收數據的Modbus 存儲地址是放在不連續的幾個地址段上，那么就必須用多個SINUMARR CH功能塊來接收不同地址段的數據。

三、結束語

目前甲醇等煤化工項目裝置中，DCS、PLC等多個控制系統同時使用的情況很普遍，把多個控制系統融合為一個整體，能在中央控制室中的DCS中監視、控制。就涉及控制系統之間的通訊問題。而Modbus串行通訊技術有著實現簡便、系統集成費用低以及通訊距離遠(RS485/422)等特點，所以Modbus串行通訊技術的運用在DCS與PLC之間通訊將會保持廣泛的應用。

[1]Honeywell.Experion PKS Serial interface Module implementation Guide.EP-DCXI43,R210,2004,10:18-45.

[2]黃能把,駱仕添.基于Modbus協議的siemens PLC應用系統[J].微計算機信息,2004(7):26.