Modbus 通訊協議在PKS 系統集成中的應用

蘇佳杰 衛志剛 楊玉強

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300000）

1 概述

浮式生產儲油輪友誼號04 年投產，中控系統無法對現場就地控制設備的運行參數進行監控，因此急需將現場關鍵設備PLC運行數據集成到中控霍尼韋爾PKS 系統中。通過Modbus 通訊協議實現了現場關鍵設備PLC 與中控PKS 的系統集成，有效提高了中控的監控水平。

2 Modbus 通訊協議簡介

Modbus 協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。其已經成為一種通用工業標準。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。

Modbus 協議將通訊參與者規定為“主”（Master）和“從”（Slav e）。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, 而從設備之間不能通信。

Modbus 協議有兩種通訊傳輸模式：ASCII 模式和RTU 模式。ASCII 模式的主要優點是字符發送的時間間隔可達到1S 而不產生錯誤;RTU 模式的主要優點是在同樣的波特率下, 可比ASCII 方式傳送更多的數據。

3 硬件選擇

3.1 協議轉換器的選擇

現場關鍵設備使用的PLC 廠家和型號以及支持的通訊協議如下表1。

從表1 中可以看出，電動壓縮機和關鍵設備定期維護系統的PLC 控制器不支持Modbus RTU 通訊協議，因此需要增加協議轉換器。電動壓縮機PLC 為AB 公司的SLC500 型，兩臺壓縮機分別使用了兩種不同的協議轉化模塊，使用了HMS 公司的DF1 轉MODBUS 協議轉換器，型號為AB 7010，以及MCM-3150 通訊卡。

表1 現場關鍵設備PLC 型號

關鍵設備定期維護系統PLC 為西門子公司的西門子S7-300 314C，使用了國產的微硬創新的MODBUS 轉PROFIBUS網關PBMD485-K20。

3.2 通訊接口的確定

現場關鍵設備PLC 的支持的通訊端口，如下表2。

表2 現場關鍵設備PLC 通訊端口

最終確定的通訊端口為RS485 通訊端口，其適合于遠程通訊，最遠1200 米，能夠滿足現場通訊距離的需求，同時RS485 屬于差分通訊，抗干擾能力強，通訊穩定性較高。

3.3 串口服務器

實現現場關鍵設備PLC 與霍尼韋爾PKS 系統通訊，使用PKS 的第三方通訊功能，不需要增加專門的串口通訊卡，組態過程簡單，同時可以通過PKS 系統的OPCI 功能，可以將第三方通訊點引入到組態策略中。

4 項目實施

4.1 燃氣壓縮機Modbus 通訊的實現

（1）對通訊端口進行設置。燃氣壓縮機PLC 為AB 公司Micro Logix1500，有2 個通訊端口，兩個端口均支持Modbus 通訊，通過編程軟件連接PLC 后，對通訊端口參數進行設置，驅動為Modbus RTU 被控，波特率和奇偶校驗根據現場實際設置，Modbus 數據表文件數根據實際使用文件號填寫。

（2）在PLC 程序中，增加相關的通訊程序，將需要通訊的數據移到對應的數據表文件中。

（3）增加接口轉換器：由于燃氣PLC 自帶的通訊端口為RS232 端口，無法進行信號遠傳，因此需要安裝RS232 轉RS485的信號轉換器ADAM-4520，用于對通訊信號的遠傳，并將RS232轉RS485 通訊。

（4）列出燃氣壓縮機Modbus 的通訊列表，方便后期的組態。

4.2 電動壓縮機Modbus 通訊的實現

（1）增加協議轉換卡件。①協議轉換器AB 7010。電動A 機使用了新型的HMS 公司的DF1 轉MODBUS 協議轉換器，AB 7010 通訊模塊，使用此通訊卡優點在于方便通訊編程，輸出端口可設置為RS485，方便了遠程通訊。缺點是PLC 通訊端口被設置為DF1 被控端口就失去了與上位機通訊的能力。②協議轉換器MCM-3150。電動B 機采用了一塊庫存的MCM-3150 通訊卡，此卡的優點是不占用PLC 的通訊端口，PLC 仍然可以與上位機進行通訊，同時輸出端口可設置為RS485，方便了遠程通訊。通訊卡件安裝到位后，需要通過編程軟件連接PLC，在PLC 程序中對卡件的通訊參數以及通訊卡件的初始化程序和數據交換程序進行添加，并將程序下裝到PLC 后才能夠正常使用。（2）在PLC 程序中，增加相關程序。（3）列出電動壓縮機Modbus 通訊列表，方便后期的組態。

4.3 廢熱與加氣浮選器Modbus 通訊的實現

（1） 通訊端口的設置。廢熱和加氣浮選器使用的都是S7-200 PLC，型號為CPU226，此型號PLC 支持Modbus 通訊協議，但是Modbus RTU 從站指令庫只支持CPU 上的通訊0 口（Port0）。

（2）對PLC 程序進行修改。①在PLC 程序中，從指令庫中，選擇Modbus 通訊指令，添加到PLC 程序中，并根據實際通訊情況，對通訊參數進行設置。②將需要通訊的參數，轉移到對應的臨時數據區。

（3）列出廢熱和加氣浮選器的Modbus 的通訊列表，方便后期的組態。

4.4 關鍵設備定時維護系統Modbus 通訊的實現

（1）添加MODBUS 轉PROFIBUS DP 網關。關鍵設備定時維護系統使用的S7-300 的PLC，此PLC 支持PROFIBUS DP 和PROFIBUS PN 兩種通訊協議，不支持Modbus 通訊協議，為實現Modbus 通訊，增加了一塊國產的MODBUS 轉PROFIBUS 網關PBMD485-K20，此網關工作穩定，價格便宜，組態方便。

（2）MODBUS 轉PROFIBUS DP 網關的添加。MODBUS 轉PROFIBUS 網關安裝完畢后，需要使用S7 step 軟件連接PLC 后，在硬件中進行添加，并分配地址后才能夠正常使用。

（3）對PLC 程序進行修改。

（4）列出關鍵設備定期維護系統Modbus 通訊列表，方便后期的組態。

4.5 中控增設串口服務器

（1）在中控增設串口服務器。為方便現場PLC 與中控PKS 系統通訊，同時簡化組態的過程，在改造過程中使用了MOXA 公司的NPORT 5430 串口服務器，通過串口服務器可以讓網絡設備實現對串口設備的訪問，因此可以實現PKS 服務器對各串口連接的設備進行訪問。

（2）對串口服務器參數進行設置。在串口服務器使用前需要對串口服務器的參數進行設置，串口需要工作在TCP Server 模式下，需要對IP 地址、通訊參數以及串口的驅動模式進行設置。

4.6 通過Confingstudio 進行通訊組態

要實現中控PKS 系統與現場第三方設備進行通信，要通過建立channel、controller、point 3 個過程。

4.7 通過HTMI Displayer 進行畫面組態。

5 項目實施后效果

通過使用Modbus 通訊協議實現了現場關鍵設備PLC 與中控PKS 的系統集成，有效提高了中控的監控水平，使中控人員可以對現場關鍵設備的運行參數進行實時監控。發現問題時，可以對問題進行及時處理；通過存儲的運行數據，可以在設備故障時進行數據分析，查找故障原因；同時還可以通過存儲的數據分析設備的運行狀態，有效保證了現場設備運行的可靠性和穩定性。