基于485總線的Modbus協議在DCS與PLC通訊中的應用

汪靜　李寒生

摘 要：485總線是工業通訊中應用廣泛而成熟的傳輸方式之一，它具有硬件設計簡單、控制方便和成本低廉等優點。Modbus協議具有傳輸數據量大、判錯能力強、實時性好等優點，從而成為當前工業控制領域中廣泛使用的通訊語言。基于485總線的Modbus協議通訊是化工行業應用最為廣泛的通訊方式。本文介紹了神華寧煤污水處理站的西門子PLC與DCS的485 Modbus通訊設計和應用，著重分析了通訊中的一些技術要點，難點和解決方案。

關鍵詞：485總線；Modbus協議；PLC

工業控制已從初期單機控制逐漸走向集散控制，并走入大數據網絡時代。現代工業控制網絡為數據分析、數據處理 、數據采集、工業控制提供了方便，節省了預算成本，提高了系統能效。在應用中，往往需要不同生產廠家控制系統數據共同分享，或因為某集成系統性能不能滿足控制需要而額外加系統，需要將2種不同廠家的控制系統進行相互聯網。

神華寧煤污水處理站是化工廠中一個水處理裝置，由西門子S7300系列PLC控制，為了更好地監控，DCS需要從該處理站獲得數據。DCS與PLC控制站距離500米左右，故為了實現兩系統的互聯，方案決定選用485總線的Modbus協議通訊的數字通信方式來滿足控制需要。

1 485總線介紹

當系統通訊距離比較進的時候（一般為幾十米至上千米），通常采用RS-485 串行總線標準。RS-485的抑制共模干擾的能力主要來自于它具有采用平衡發送和差分接收這兩種工作方式。由于總線收發傳感器具有高靈敏度，能檢測毫伏級信號（低至200mV的電壓均能監測得到），故傳輸信號能在千米以外得到恢復。

Modbus協議是廣泛應用于工業電子控制器上的一種常用通用語言。通過此協議，控制器與控制器之間、控制器和其他設備之間可以通過網絡實現相互通信。通過Modbus協議，不同廠家生產的存在差異的不同控制系統可以實現互聯，從而組成統一的工業網絡，它已成為一種通用工業標準。

Modbus協議標準模式是使用RS-232C兼容串行接口，它對常用的硬件直接進行了定義。例如：信號位、傳輸波特率、連接口的針腳、電纜、復位針腳等。

Modbus協議將參與通訊者定義為兩種類別，一種是為“主設備”（Master）常見的主設備有：可編程儀表或者主機 ，另一種是“其它設備”（Slave）典型其他設備是可編程控制器。主設備具備多種通信方式，即能單獨和其它設備通信，也能以廣播方式和所有其它設備通信；而其它設備之間獨通信，其它設備返回一個消息作為回應，并且其它設備不能以廣播方式查詢。

2 通訊系統硬件組成和連接

485總線通訊距離可到1200m，而兩個站之間距離500m左右，因此通訊過程中不需要485中繼器。兩個站需要使用Modbus協議進行通訊，因此DCS和PLC都需要選擇支持Modbus 485的通訊模塊，DCS選擇了自主研發的Modbus模塊，PLC需要選擇支持Modbus 485的CP341模塊。

為了保證通訊不受干擾，在敷設485總線電纜時宜采用鍍鋅鋼管單獨敷設，鋼管之間需可靠連接并可靠接地。在通訊電纜兩端需加入終端電阻消除在通信電纜中的信號反射，由于是主從通訊方式，PLC為從站，因此PLC使用的CP341模塊需要插入從站狗。

3 PLC通訊組態及編程

首先CP341模塊需要安裝到PLC系統中，然后根據實際硬件對該系統組態。組態完成后，雙擊CP341模版，配置參數為MODBUS Slave。雙擊信封，配置MODBUS Slave參數。

1）配置通訊和從站地址；2）配置讀寫地址，主要設置Modbus地址與PLC地址的對應關系，逐一配置FC數據區，對于不需要使用的FC可以不配置；3）配置寫參數；4）設置接口類型，此項目采用的485總線，因此應設置為RS 485模式。

配置完成后保存并裝載驅動既完成硬件組態。

完成組態后需要編寫通信程序，將FB7，FB8添加到程序塊中，同時調用FB80功能塊，并配置該塊。下載程序到PLC當中，在線和實際查看Modbus模塊是否報錯，本地測試通訊狀態，正常后可以開始調試與DCS的通訊。

4 系統調試

如果設置正確，則在DCS端可以讀取PLC系統的數據，但是調試中常常會碰到數據可以讀取，但是與PLC系統顯示的數值不符的情況出現。這說明通訊是成功，物理連接沒有問題，可能由于丟包或者數據類型不一致導致。

經過調試發現DCS與PLC顯示數值不一致的原因是西門子PLC數據存儲方式不同，西門子PLC將高字節存儲在低地址，而DCS將高字節存儲在高地址造成了數據不一致。DCS將讀取的數據進行處理后顯示一致。

5 結論

該系統經過測試運行，已完全達到控制要求，實現了在DCS中控室監控污水處理站，而且費用較低，起到了良好的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

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