用Modbus协议实现DCS与PLC之间的串行通讯

《自动化技术与应用》２０１０年第２９卷第４期

Techniques of Automation & Applications | 45

通信与信息处理

Communication and Information Processing

用Modbus 协议实现DCS 与PLC 之间的串行通讯

王　刚，王玉琪，王　冰

（中石油辽阳石化分公司　动力厂，辽宁　辽阳　１１１００３）

摘 要：本文主要通过讨论Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ　ＰＫＳ集散系统与Ｉｎｇｅｒｓｏｌｌ－ｒａｎｄ　ＣＭＣ可编程序控制器之间实现串行通讯所需的Ｍｏｄｂｕｓ协

议，硬件配置，软件组态以及连线，来说明用Ｍｏｄｂｕｓ协议实现ＤＣＳ与ＰＬＣ之间串行通讯的一般方法及注意事项。

关键词：Ｍｏｄｂｕｓ协议；ＰＫＳ系统；ＣＭＣ控制器

中图分类号：ＴＮ９１５．０４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３－７２４１（２０１０）０４－００４５－０４

Modbus Protocol Implementation Serial Communication

Between DCS and PLC

WANG Gang, W ANG Yu-qi, WANG Bing

( Liaoyang Petrochemical Company Power Plant of China Petro. Co, Liaoyang 111003 China )

Abstract: This paper illustrated the general methods and precautions with Modbus protocol implementation serial communication

between DCS and PLC, by discussing the Modbus protocol, hardware configuration, software configuration and con-nections between Honeywell PKS distribution system and Ingersoll-rand CMC PLC.

Key words: Modbus protocol; PKS system; CMC controller

收稿日期：２００９－１０－１３

１ 引言

万立氧空分装置是２００８年辽化公司２０万吨环氧乙烷／乙二醇改造的配套项目，该装置仪控系统采用了先进的Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ　ＰＫＳ集散控制系统来实现对整个装置的各系统及主要设备的工艺参数的监控，并实现各主要操作阀门、切换阀门的自动控制或遥控操作，以及必要的联锁保护措施。氮压机选用Ｉｎｇｅｒｓｏｌｌ－ｒａｎｄ的ＣＥＮＴＡＣ　３Ｃ７０ＭＸ５Ｎ２型压缩机，该压缩机配置独立的控制系统ＣＭＣ控制器，为了有效的监控氮压机的运行参数，我们利用Ｍｏｄｂｕｓ协议实现了Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ　ＰＫＳ集散系统与Ｉｎｇｅｒｓｏｌｌ－ｒａｎｄ　ＣＭＣ可编程序控制器之间串行通讯。

２ Modbus 协议简介

Ｍｏｄｂｕｓ是Ｍｏｄｉｃｏｎ公司于１９７９年提出的一种通信

协议，经过多年的实际应用，已经成为一种应用于工业控制器上的标准通信协议。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了控制器请求访问其它设备的过程，以及怎样侦测错误并记录，它制定了消息域格局和内容的公共格式［５］。当在Ｍｏｄｂｕｓ网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Ｍｏｄｂｕｓ协议发出。标准的Ｍｏｄｂｕｓ口是使用ＲＳ－２３２Ｃ兼容串行接口，它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。控制器能直接或经由Ｍｏｄｅｍ组网。

２．１ Modbus 报文

　如图１所示，Ｍｏｄｂｕｓ通信使用主从技术，即仅设备（主设备）能初始化传输（查询）。其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相应反应。主设备可单独和

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从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信，从设备返回消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。Ｍｏｄｂｕｓ协议建立了主设备查询的格式：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、错误检测域。从设备回应消息也由Ｍｏｄｂｕｓ协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和错误检测域。如果在消息接收过程中发生错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立错误消息并把它作为回应发送出去［２］。

２．２ Modbus 传输方式

Ｍｏｄｂｕｓ协议有两种传输模式ＡＳＣＩＩ（美国标准信息交换代码）或ＲＴＵ（远程终端单元）。它定义了在这些网络上连续传输的消息段的每一位，以及决定怎样将信息打包成消息域和如何解码。用户选择想要的模式，包括串口通信参数（波特率、校验方式等），在配置每个控制器的时候，在一个Ｍｏｄｂｕｓ网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。ＡＳＣＩＩ模式通信的主要优点是字符发送的时间间隔可达到１秒而不产生错误。ＲＴＵ模式通信的主要优点是：在同样的波特率下，可比ＡＳＣＩＩ方式传送更多的数据［３］。

２．３ 错误检测方法［４］

标准的Ｍｏｄｂｕｓ串行网络采用两种错误检测方法。奇偶校验对每个字符都可用，帧检测（ＬＲＣ或ＣＲＣ）应用于整个消息。它们都是在消息发送前由主设备产生的，从设备在接收过程中检测每个字符和整个消息帧。

用户要给主设备配置一预先定义的超时时间间隔，这个时间间隔要足够长，以使任何从设备都能作为正常反应。如果从设备测到一传输错误，消息将不会接收，也不会向主设备作出回应。这样超时事件将触发主设备来处理错误。发往不存在的从设备的地址也会产生超时。

图１ Modbus 报文结构

３ CMC 控制器

ＣＭＣ控制器是Ｉｎｇｅｒｓｏｌｌ－ｒａｎｄ　ＣＥＮＴＡＣ３Ｃ７０ＭＸ５Ｎ２型压缩机随机配置的可编程序控制器，用来管理氮压机各种压力的控制和监控功能，以及控制辅助设备，如主电机启动器，润滑油加热器和预润滑油泵。其功能如下：

•多功能ＬＥＤ显示屏显示数据和工作状态。

•完成多种性能控制：卸载，调制和自动－双重工

作方式。

•先进的喘振监测与控制。

•高电流限制，用于主驱动电机保护。

•快速指示和事件纪录，有助于确定压缩机跳闸的

根本原因。

ＣＭＣ控制器提供ＲＳ４２２／ＲＳ４８５串行通讯接口，通过ＭＯＤＢＵＳ协议与具有ＲＳ４２２／４８５端口的系列装置通信，以适应远程遥控和监控的需要。

利用Ｍｏｄｂｕｓ协议，我们采用ＲＴＵ通讯模式，把ＣＭＣ控制器作为从设备，设备地址设置为２，通讯波特率为９６００，校验方式为奇校验，通讯方式为全双工。

４ PKS 系统的通讯功能［１］

ＰＫＳ系统是Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ公司推出的新一代ＤＣＳ系统，全称为Ｅｘｐｅｒｉｏｎ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ　ＳｏｌｕｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ，它支持多种类型的控制器通讯，例如ＭｏｄｉｃｏｎＰＬＣＳ，Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ　９０００系列和Ａｌｌｅｎ－Ｂｒａｄｌｅｙ，并可以灵活的采用多种连接方式。如果控制器本身带网络接口，

图２ 硬件配置图

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