基于Modbus協(xié)議的DeltaV系統(tǒng)與西門子PLC系統(tǒng)的通訊

摘?要：Modbus是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展常用的通信協(xié)議，基于該協(xié)議的DeltaV系統(tǒng)與西門子PLC系統(tǒng)的通訊相比于傳統(tǒng)通訊模式信息傳輸速度更快，且成本更低?，F(xiàn)階多數(shù)企業(yè)在通訊方面，選擇基于Modbus協(xié)議的DeltaV系統(tǒng)與西門子PLC系統(tǒng)的通訊，并取得了良好的通訊效果。本文就基于Modbus協(xié)議的DeltaV系統(tǒng)與西門子PLC系統(tǒng)的通訊展開(kāi)論述，介紹Modbus通訊協(xié)議的概念，并闡述具體通訊的實(shí)現(xiàn)路徑。

關(guān)鍵詞：Modbus通訊協(xié)議;DeltaV系統(tǒng);西門子PLC系統(tǒng);通訊

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，通訊技術(shù)發(fā)展迅速。在新的時(shí)代背景下，多數(shù)工廠測(cè)評(píng)系統(tǒng)需要信息技術(shù)的支持，借助Modbus協(xié)議實(shí)現(xiàn)信息的高效傳輸，充分利用DeltaV系統(tǒng)與西門子PLC系統(tǒng)，提高通信效率，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享。就目前發(fā)展情形而言，石油化工產(chǎn)業(yè)的智能化自動(dòng)化發(fā)展水平逐漸提高，集散控制系統(tǒng)在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用范圍也逐步擴(kuò)大。所以，部分企業(yè)適時(shí)將其與相關(guān)控制系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)整合聯(lián)系，不僅能構(gòu)建出功能框架體系更為健全的工作系統(tǒng)，還會(huì)在一定程度上加快實(shí)際工作質(zhì)量和效率。其中，較為典型的融入代表即為西門子公司的PLC系統(tǒng)。

一、Modbus通訊協(xié)議

Modbus協(xié)議是現(xiàn)階段工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)常用的一種通訊協(xié)議，該協(xié)議能夠有效轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)信息，相比于傳統(tǒng)通訊協(xié)議，翻譯速度更快，只要與設(shè)備連接，設(shè)備的數(shù)據(jù)就能導(dǎo)入到系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了信息的高效傳輸。Modbus通訊協(xié)議你能通過(guò)24種總線命令實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)與外界的信息交換，詳細(xì)描述了控制器訪問(wèn)設(shè)備的具體過(guò)程，不需要時(shí)刻考慮通訊設(shè)備的拓?fù)錂C(jī)構(gòu)。在工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中，各種測(cè)控設(shè)備具有兩種數(shù)據(jù)傳輸模式，即主模式與從模式。兩種設(shè)備的本質(zhì)不同，前者主要向后者發(fā)送查詢請(qǐng)求，后者在接受請(qǐng)求后發(fā)出相應(yīng)。Modbus系統(tǒng)間則通過(guò)功能碼來(lái)控制各個(gè)設(shè)備之間的通訊請(qǐng)求及數(shù)據(jù)傳輸交換。然而在實(shí)際工作中，主設(shè)備發(fā)出查詢請(qǐng)求后，從設(shè)備響應(yīng)時(shí)間是不一定的，并不一定與主設(shè)備銜接，也不一定做出響應(yīng)，這就出現(xiàn)了兩種形式。第一種為主設(shè)備發(fā)出查詢請(qǐng)求，但不需要等待從設(shè)備響應(yīng)，這種情況一般將主設(shè)備以廣播形式與其他設(shè)備連接所致。第二種形式恰恰相反，主設(shè)備發(fā)出查詢請(qǐng)求后等待從設(shè)備的響應(yīng)。該形式與DeltaV系統(tǒng)與西門子PLC系統(tǒng)相吻合，將通訊過(guò)程分為兩個(gè)過(guò)程，即主設(shè)備發(fā)出查詢請(qǐng)求，從設(shè)備響應(yīng)。通訊不受影響的情況下，從設(shè)備會(huì)對(duì)主設(shè)備的請(qǐng)求做出及時(shí)響應(yīng)，通過(guò)數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行傳輸，并存儲(chǔ)到相應(yīng)的系統(tǒng)中。并且，Modbud通訊雙方利用寄存器地址來(lái)對(duì)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)，再通過(guò)功能碼控制，交換的數(shù)據(jù)有數(shù)字量和模擬量?jī)煞N類型，用戶級(jí)的寄存器地址則可分為輸入位、輸出位、輸入寄存器、輸出寄存器這四段。如果個(gè)別環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題影響通訊不能正常進(jìn)行，從設(shè)備在接受相應(yīng)的信號(hào)后會(huì)產(chǎn)生一系列錯(cuò)誤代碼，該代碼可以由錯(cuò)誤檢驗(yàn)域識(shí)別。

二、基于Modbus協(xié)議的DeltaV系統(tǒng)與西門子PLC系統(tǒng)通訊原理

以江銅集團(tuán)貴溪冶煉廠為例，該廠工藝中二系統(tǒng)閃速爐硫酸和一系統(tǒng)硫酸動(dòng)力中心均采用的是艾默生公司的DeltaV系統(tǒng)，其中硫酸二系列脫硫尾排電除霧器采用的是西門子S7-1200PLC的PLC系統(tǒng)。兩個(gè)系統(tǒng)通訊均依據(jù)Modbus協(xié)議，DeltaV系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)相關(guān)裝置的閥門開(kāi)度、溫度、壓力等重要指標(biāo)，并形成相應(yīng)的報(bào)告，相關(guān)數(shù)據(jù)能夠自動(dòng)被保存下來(lái)，有利于維持電除霧器的正常運(yùn)行，從一定程度上降低了施工成本，使PLC系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控成為可能，遠(yuǎn)程監(jiān)控用到的主要系統(tǒng)為DCS系統(tǒng)。DeltaV系統(tǒng)中提供了支持Modbus協(xié)議的串行卡，該串行卡一般作為主設(shè)備控制用于控制PLC系統(tǒng)的第三方設(shè)備，或是用于響應(yīng)主設(shè)備讀、寫(xiě)數(shù)據(jù)請(qǐng)求過(guò)程中。這是DeltaV系統(tǒng)支持Modbus通訊協(xié)議的主要原因，也是實(shí)現(xiàn)與PLC系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的根本。

三、基于Modbus協(xié)議的DeltaV系統(tǒng)與西門子PLC系統(tǒng)的通訊的實(shí)現(xiàn)

（一）注重系統(tǒng)之間的連接

首先，要將DeltaV系統(tǒng)與西門子PLC系統(tǒng)進(jìn)行物理連接，借助專門的電纜線連接，還要正確選擇連接端口，本次連接采用的是Modbus通信電纜，前一個(gè)系統(tǒng)的端口為端口1，后一個(gè)系統(tǒng)為TxD+和TxD-，能夠?yàn)橥ㄓ崉?chuàng)造良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。連接工作要由專門的技術(shù)人員進(jìn)行，保障連接的準(zhǔn)確性，使整個(gè)通訊系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。

（二）DeltaV系統(tǒng)串行通訊卡的組態(tài)

該過(guò)程主要有五個(gè)重要步驟，但都有一定前提，一般情況下，DeltaV系統(tǒng)串行通訊卡的組態(tài)要在DeltaV?Explorer中進(jìn)行。下面闡述五個(gè)具體的步驟。

第一，將通訊卡插入特定的卡槽中，卡槽為DCS硬件卡槽。

第二，啟動(dòng)系統(tǒng)，完成通訊卡的識(shí)別工作。首先要將DeltaV?Explorer打開(kāi)，然后對(duì)通訊卡進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別中用到的組態(tài)為硬件組態(tài)，借助其中的自動(dòng)識(shí)別功能（Auto?Scan）進(jìn)行識(shí)別。能夠?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

第三，通訊卡識(shí)別成功后要進(jìn)行相關(guān)屬性的設(shè)置，待卡識(shí)別后，要用鼠標(biāo)右鍵單擊卡件的端口1，就能彈出屬性，打開(kāi)屬性進(jìn)行養(yǎng)護(hù)設(shè)置。主要設(shè)置端口狀態(tài)、通訊模式以及其他參數(shù)。一般情況下，P01端口狀態(tài)要設(shè)置為“Enable”，通訊模式設(shè)置為Modbus?RTU，將DeltaV系統(tǒng)作為主要控制系統(tǒng)，即將主從模式更改為“master”。此外，還要設(shè)置該控制系統(tǒng)的主要參數(shù)，包括端口類型、波特率、校驗(yàn)方式、數(shù)據(jù)位與位停止，相關(guān)參數(shù)分別為RS422/485?half?duplex、9600、none、8、1。

第四，增加串口設(shè)備，完成上述操作后要在P01接口增加新的串口設(shè)備，為了方便記錄，還要為其命名，DEV-01，同時(shí)還要對(duì)其默認(rèn)地址進(jìn)行設(shè)置，一般默認(rèn)地址為1。

最后，在新增的串口中加入數(shù)據(jù)整定包，即Dataset，鼠標(biāo)右鍵單擊找到其屬性后進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，在彈出的選項(xiàng)中，主要調(diào)節(jié)General、DeltaV、PLC，根據(jù)實(shí)際的通訊條件設(shè)置其參數(shù)。

（三）西門子S7-1200PLC系統(tǒng)串行通訊卡的組態(tài)

該系統(tǒng)的組態(tài)有四個(gè)重要步驟，該系統(tǒng)為從系統(tǒng)，所有步驟均在SIMATIC?Step?7?Basic?V12中進(jìn)行。下面闡述四個(gè)具體步驟。

第一，首先要啟動(dòng)SIMATIC?Step?7?Basic?V12，啟動(dòng)后將相關(guān)的文件打開(kāi)，然后將項(xiàng)目視圖呈現(xiàn)在界面。

第二，要求串口的硬件配置工作。在此過(guò)程中，要找到相關(guān)的串口模式，從Catalog中的“Communication”中找到CM-1241?RS-422/485串口模塊，利用鼠標(biāo)將其托到空卡槽中，此處主要指代CPU左側(cè)的空槽位置，進(jìn)而完善串口硬件配置。

第三，設(shè)置基本參數(shù)，在上面提到的串口模塊中找到“Port?Configuration”，然后調(diào)整相關(guān)參數(shù)，包括波特率、校驗(yàn)方式、數(shù)據(jù)位與位停止，相關(guān)參數(shù)分別為9600、none、8、1，其余默認(rèn)。

第四，通訊信息傳輸。找到“CM1241_485_DB（DB34）”通訊程序模塊，將相關(guān)通訊協(xié)議下的數(shù)據(jù)導(dǎo)入，然后再將其與OB1這一主程序快進(jìn)行關(guān)聯(lián)。后續(xù)主系統(tǒng)DeltaV發(fā)出查詢請(qǐng)求后，PCL控制系統(tǒng)能夠執(zhí)行命令，找到相關(guān)數(shù)據(jù)后發(fā)送到DeltaV主站。

（四）DeltaV系統(tǒng)最終的監(jiān)控畫(huà)面顯示

前面的步驟已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了DeltaV系統(tǒng)與西門子PLC系統(tǒng)的統(tǒng)一，DeltaV系統(tǒng)發(fā)出查詢請(qǐng)求后，西門子PLC系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的快速傳輸。相關(guān)數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中也能被系統(tǒng)保存下來(lái)，進(jìn)入相應(yīng)的緩沖區(qū)，一般為串口卡Port1端口對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)，能夠準(zhǔn)確記錄歷史信息，有利于系統(tǒng)恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。通過(guò)兩個(gè)系統(tǒng)的信息傳輸能夠在DCS畫(huà)面上進(jìn)行監(jiān)控和顯示，最終表現(xiàn)真實(shí)的畫(huà)面。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于Modbus協(xié)議的DeltaV系統(tǒng)與西門子PLC系統(tǒng)的通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠提高通訊效率，降低通訊成本。而Modbus協(xié)議是支持西門子工作PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通訊的重要基礎(chǔ)，也是適時(shí)推動(dòng)其實(shí)際工作質(zhì)量和效率提升的關(guān)鍵因素。在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，要根據(jù)實(shí)際條件調(diào)整相關(guān)參數(shù)，正確選擇接口位置，技術(shù)人員要正確連接接口，同時(shí)還要激活通訊卡，保證整個(gè)通訊系統(tǒng)正常運(yùn)行，提高通訊效率。這一通訊的實(shí)現(xiàn)，不僅方便了工藝操作和監(jiān)控管理，對(duì)裝置的平穩(wěn)有序運(yùn)行也具有一定促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫鐵強(qiáng)，孫進(jìn)生，楊金川.Deltav系統(tǒng)與PLC的數(shù)據(jù)通訊[J]，河北理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，4（S1）：254-255.

[2]鄧燕，胡志良，武峰.Modbus通訊協(xié)議在制氮機(jī)控制系統(tǒng)與DCS通訊中的應(yīng)用[J].石油和化工設(shè)備，2017，6（5）：143-144.

[3]李楨.DCS與PLC的Modbus協(xié)議通信在石油化工廠的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2019，6（4）：182-183.

[4]徐濤，閆科，趙景林，等.基于ModBus協(xié)議的串行接口實(shí)現(xiàn)與DCS通訊[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2017，15（3）：96-97.

[5]毛勇利.基于MODBUS協(xié)議的DCS與PLC通訊應(yīng)用[J].科技傳播，2019，6（1）：158-159.

作者簡(jiǎn)介：廖思逸（1993—），男，江西龍南人，助理工程師，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。