ModbusTCP/IP通訊在工業生產中的應用

摘 要：Modbus協議是一種已廣泛應用于當今工業控制領域的通用通訊協議。ModbusTCP/IP則是運行在TCP/IP上的Modbus報文傳輸協議。通過此協議，控制器相互之間，或控制器經由網絡（如以太網）可以和其它設備之間進行通信。ModbusTCP/IP協議已經成為一通用工業網絡應用層的標準，有了它，不同廠商生產的控制設備可以連成工業網絡，進行集中監控。文章以公司老污水處理控制系統改造項目的實施來介紹Modbus TCP/IP通訊在工業生產中的應用。

關鍵詞：Modbus TCP；污水處理；控制系統改造

1 老污水處理控制系統改造項目的實施背景

公司老污水處理系統由于前期污水處理量較小，采用的是施耐德Quantum系列PLC，通過Modbus通訊線與觸摸屏連接，自動化程度較低，生產崗位人員通過在觸摸屏上設置修改參數來進行生產操作，勞動強度大。隨著公司后續項目的投產，污水處理量增大，公司配套增加了一套新污水處理系統，新系統配備了上位機，采用西門子S7-300系列PLC和WINCC7.0上位機軟件，自動化程度高，使生產操作方便、快捷，有效降低了生產崗位人員的勞動強度。由于新老系統相互獨立，即使在老污水系統需要控制的設備較少情況下，每班仍需派專人操作，造成生產崗位人員匱乏，為解決這一問題我們對老污水處理系統進行了改造。通過采用ModbusTCP/IP通訊協議，將老污水處理系統中需要遠程控制設備的PLC點采集到新污水PLC控制系統進行監控，并在新污水處理控制系統中編寫相應程序以達到在新污水系統上位機上控制老污水處理系統設備運行的目的。

2 老污水處理控制系統改造項目的具體實施過程

為了實現老污水系統施耐德PLC中的模擬量和開關量的狀態在新污水系統WINCC7.0畫面中顯示和控制，本改造項目采用Modbus TCP/IP通訊協議，使WINCC7.0與施耐德Quantum PLC直接通訊，系統結構圖如圖1：

2.1 硬件及網絡配置

為實現上述功能，在施耐德PLC控制柜處增加了一個交換機，通過敷設光纜將兩套系統連接起來。再通過編程軟件在程序中創建新網絡，配置IP地址及網絡類型，在硬件配置中為CPU上的以太網口分配網絡。

2.2 Wincc組態連接

網絡配置好后打開Wincc7.0上位軟件，在Wincc7.0上位軟件中右鍵“變量管理”選擇“打開”，右鍵“Modbus TCP/IP”選擇“新建連接”，為新建的連接命名，并右鍵“連接參數”，設置連接屬性：配置好CPU類型、服務器以太網IP地址、端口號（設置為Modbus TCP/IP標準的502端口）及遠程從站的地址（在局域網時，服務器端IP地址和客戶端IP地址需要在同一個子網內。即：要求點分四段IP表示法的前三段地址要相同）。

2.3 創建變量

“Modbus TCP/IP”通訊支持以下數據類型：二進制變量、有符號16位數、無符號16位數、有符號32位數、無符號32位數、浮點數32位IEEE754、文本變量8位字符集、文本變量16位字符集。

在之前創建的新建連接下創建實現功能所需要的變量，施耐德Quantum PLC寄存器編址從1開始，與Modbus地址的對應關系為：%m對應0X，%i對應1X，%iw對應3x，%mw對應4x。例如：%m1對應000001，%i1對應100001，%iw1對應300001，%mw1對應400001。

2.4 編程及流程圖繪制

上述步驟完成以后，即在S7-300編程軟件中根據原控制邏輯編寫相應的控制程序，并通過Wincc7.0繪制相應的流程圖，最終實現老污水系統設備在新污水系統中的控制。

3 結束語

通過Modbus TCP/IP通訊，實現了老污水系統設備在新污水系統中的控制，使新老系統集成在一個上位軟件畫面上，查看流程更加完整、直觀，操作更加方便、快捷。有效解決了生產崗位人員匱乏的問題，同時減輕了操作人員日常工作量，提高了操作人員的工作效率。

參考文獻

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[2]Siemens S7 300 PLC用戶使用手冊[Z].

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