汪靜　李寒生

摘 要：485總線是工業(yè)通訊中應(yīng)用廣泛而成熟的傳輸方式之一，它具有硬件設(shè)計(jì)簡單、控制方便和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。Modbus協(xié)議具有傳輸數(shù)據(jù)量大、判錯(cuò)能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)，從而成為當(dāng)前工業(yè)控制領(lǐng)域中廣泛使用的通訊語言?；?85總線的Modbus協(xié)議通訊是化工行業(yè)應(yīng)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(shè)計(jì)和應(yīng)用，著重分析了通訊中的一些技術(shù)要點(diǎn)，難點(diǎn)和解決方案。

關(guān)鍵詞：485總線；Modbus協(xié)議；PLC

工業(yè)控制已從初期單機(jī)控制逐漸走向集散控制，并走入大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代?，F(xiàn)代工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理 、數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制提供了方便，節(jié)省了預(yù)算成本，提高了系統(tǒng)能效。在應(yīng)用中，往往需要不同生產(chǎn)廠家控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)共同分享，或因?yàn)槟臣上到y(tǒng)性能不能滿足控制需要而額外加系統(tǒng)，需要將2種不同廠家的控制系統(tǒng)進(jìn)行相互聯(lián)網(wǎng)。

神華寧煤污水處理站是化工廠中一個(gè)水處理裝置，由西門子S7300系列PLC控制，為了更好地監(jiān)控，DCS需要從該處理站獲得數(shù)據(jù)。DCS與PLC控制站距離500米左右，故為了實(shí)現(xiàn)兩系統(tǒng)的互聯(lián)，方案決定選用485總線的Modbus協(xié)議通訊的數(shù)字通信方式來滿足控制需要。

1 485總線介紹

當(dāng)系統(tǒng)通訊距離比較進(jìn)的時(shí)候（一般為幾十米至上千米），通常采用RS-485 串行總線標(biāo)準(zhǔn)。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(fā)送和差分接收這兩種工作方式。由于總線收發(fā)傳感器具有高靈敏度，能檢測(cè)毫伏級(jí)信號(hào)（低至200mV的電壓均能監(jiān)測(cè)得到），故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。

Modbus協(xié)議是廣泛應(yīng)用于工業(yè)電子控制器上的一種常用通用語言。通過此協(xié)議，控制器與控制器之間、控制器和其他設(shè)備之間可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)相互通信。通過Modbus協(xié)議，不同廠家生產(chǎn)的存在差異的不同控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，從而組成統(tǒng)一的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，它已成為一種通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

Modbus協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)模式是使用RS-232C兼容串行接口，它對(duì)常用的硬件直接進(jìn)行了定義。例如：信號(hào)位、傳輸波特率、連接口的針腳、電纜、復(fù)位針腳等。

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

2 通訊系統(tǒng)硬件組成和連接

485總線通訊距離可到1200m，而兩個(gè)站之間距離500m左右，因此通訊過程中不需要485中繼器。兩個(gè)站需要使用Modbus協(xié)議進(jìn)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(fā)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(shè)485總線電纜時(shí)宜采用鍍鋅鋼管單獨(dú)敷設(shè)，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(hào)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(tài)及編程

首先CP341模塊需要安裝到PLC系統(tǒng)中，然后根據(jù)實(shí)際硬件對(duì)該系統(tǒng)組態(tài)。組態(tài)完成后，雙擊CP341模版，配置參數(shù)為MODBUS Slave。雙擊信封，配置MODBUS Slave參數(shù)。

1）配置通訊和從站地址；2）配置讀寫地址，主要設(shè)置Modbus地址與PLC地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系，逐一配置FC數(shù)據(jù)區(qū)，對(duì)于不需要使用的FC可以不配置；3）配置寫參數(shù)；4）設(shè)置接口類型，此項(xiàng)目采用的485總線，因此應(yīng)設(shè)置為RS 485模式。

配置完成后保存并裝載驅(qū)動(dòng)既完成硬件組態(tài)。

完成組態(tài)后需要編寫通信程序，將FB7，F(xiàn)B8添加到程序塊中，同時(shí)調(diào)用FB80功能塊，并配置該塊。下載程序到PLC當(dāng)中，在線和實(shí)際查看Modbus模塊是否報(bào)錯(cuò)，本地測(cè)試通訊狀態(tài)，正常后可以開始調(diào)試與DCS的通訊。

4 系統(tǒng)調(diào)試

如果設(shè)置正確，則在DCS端可以讀取PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，但是調(diào)試中常常會(huì)碰到數(shù)據(jù)可以讀取，但是與PLC系統(tǒng)顯示的數(shù)值不符的情況出現(xiàn)。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(shù)據(jù)類型不一致導(dǎo)致。

經(jīng)過調(diào)試發(fā)現(xiàn)DCS與PLC顯示數(shù)值不一致的原因是西門子PLC數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式不同，西門子PLC將高字節(jié)存儲(chǔ)在低地址，而DCS將高字節(jié)存儲(chǔ)在高地址造成了數(shù)據(jù)不一致。DCS將讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后顯示一致。

5 結(jié)論

該系統(tǒng)經(jīng)過測(cè)試運(yùn)行，已完全達(dá)到控制要求，實(shí)現(xiàn)了在DCS中控室監(jiān)控污水處理站，而且費(fèi)用較低，起到了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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