PC和PLC與現場儀器儀表通信的對比研究

周永輝

【摘要】隨著微電子技術和大規模集成電路技術的迅速發展，微處理器芯片的處理功能不斷提高，價格不斷下降，這拓展了計算機技術一個新的廣闊應用領域，即嵌入式應用。這種應用的特點是將微處理芯片嵌入到各種設備、儀表中。而工業生產過程的控制系統正向智能化、數字化和網絡化方向發展。以某醇胺法高壓脫硫自控系統，對SR93溫控儀表的通信方式進行改變，以PLC作為與現場儀器儀表Modbus通信的主設備，利用其成熟的通信功能實現與現場儀器儀表和上位機軟件之間的數據通信，同時還降低了開發難度。

【關鍵詞】通信；溫控儀表；PLC；PC

以PLC為核心的工控系統，一般皆由現場儀器儀表、PLC和PC機構成，三者之間需組成網絡實現相互間的信息交互，而且經常會遇到不同廠商生產的儀器儀表或PLC之間需要完成通信。Modbus協議即為應此需求而開發出的主-從式通信協議，在無需進行通信編程的前提下，實現PC對PLC內部存儲區域的直接讀、寫操作。通過Modbus協議，PLC與PLC、PLC與其他設備之間，即可方便地實現數據通信。

一、醇胺法高壓脫硫自控系統介紹

某醇胺法高壓脫硫自控系統采用兩極監控方式：上位機以標準工業控制計算機ARK5260作為主要人機界面，完成對下位機的監控及管理等功能；下位機以S7-300PLC為控制核心，構成基礎測控層，完成現場的數據采集和過程控制。

為了提高通信質量，改為以PLC作為與SR93溫控儀表通信的主設備，相較于PC，雖然PLC有支持Modbus協議的通信接口，但一般都需要用來與PC通信，為了與現場儀器儀表組成Modbus通信網絡，就需要購買包含有多個支持Modbus通信接口的PLC或加入專門的通信模塊。

以PLC作為通信網絡的主設備，不但提高了通信質量，而且上位機軟件只需實現PC和PLC的通信協議，避免了多協議并存的現象。更重要的是，PLC只需要調用其內部通信命令就可以便捷地實現與現場儀器儀表的通信。

二、通信程序設計

以PLC作為SR93溫控儀表Modbus通信的主設備，不但要改變通信硬件和現場通信網絡的布線，還需編寫PLC和SR93溫控儀表的通信程序，以及PC和PLC的通信程序，才能夠將SR93溫控儀表加入控制系統的通信網絡。

（1）PLC和SR93溫控儀表的通信程序。與SR93溫控儀表通信，PLC程序的設計是一個重要環節。根據控制要求，PLC程序包括讀取數據程序和寫數據程序。在PLC與多個現場儀器儀表的通信過程中，讀取現場儀器儀表數據的過程是連續的，而往現場儀器儀表中寫數據僅在需要時才進行。

（2）讀取數據程序。在S7-300PLC系統，調用CP341的功能塊FB8和FB7，就能夠實現數據的發送和接收。執行完FB8后，調用FB7接收SR93溫控儀表的應答命令，根據儀表地址為SR93溫控儀表分別分配DB1、DB2、DB3和DB4存儲應答命令。

讀取數據的最高一位的處理方法為：將讀取到的ASCII碼數據減去30，得到的結果與9比較，如果結果大于9則說明為A～F中的數值，再將結果減去1，然后左移12位，與F000進行按位與運算，得到高位的數據。其他位的數據處理與此類似，只是左移位數和按位與運算不同，將所得到的4個數值相加后得到最終讀取的數值。將分解出來的數據存儲在分配好的數據緩沖區后，上位機程序便可以讀取到這些數據。

三、采用PLC實現通信設計的優勢

在另一例醇胺—砜胺—水溶液平衡溶解度測量裝置控制系統中，直接采用PLC作為與現場儀器儀表通信的主設備，不僅為設計人員節省了大量的編程工作量，而且系統穩定，通信質量高。

PLC強大的通信功能，使其穩定性高，抗干擾能力強，特別是編程簡單，不需要進行通信編程，而且不需要RS232/485轉換器，降低了系統對硬件、軟件方面的要求。對比分析的結論是：在以PLC為控制核心的工業控制系統中，與現場儀器儀表的Modbus通信上具有更多優勢。

在醇胺法高壓脫硫自控系統中采用PLC取代PC作為與現場儀器儀表通信的主設備，就近與現場儀器儀表連接，實現了基于Modbus協議，并通過PLC的高速實時網絡實現對現場儀器儀表的遠程監控，很好地克服了PC直接與現場儀器儀表通信的缺點，顯著增強了系統的穩定性，同時通信速率和成功率明顯提高。

參考文獻

[1]舒永勝，萬獻君.S7-300中Modbus協議接收方式的應用[J].紙和造紙，2012，28（11）：63～66.

[2]梁汝軍.Modbus協議在銀催化劑中試評價裝置中的應用[J].石油化工自動化，2012，48（04）：53～57.

[3]王翔，丁偉.Modbus通信協議在CS3000中的應用[J].石油化工自動化，2012，47（01）：57～60.