Modbus通信協(xié)議在分布式控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

2、程序設(shè)計(jì)

ASCII模塊支持BASIC語(yǔ)言編程，此外，又附加了多條系統(tǒng)及函數(shù)指令，如接收、發(fā)送緩沖區(qū)操作指令、信息傳輸差錯(cuò)控制CRC、LRC校驗(yàn)函數(shù)指令和與CPU單元數(shù)據(jù)交換的讀寫指令等。編程使用WINDOWS操作系統(tǒng)上附帶的Hyperterminal（超級(jí)終端）軟件，通過此軟件，PC機(jī)可與連接在網(wǎng)絡(luò)上的其它PC機(jī)或串口終端設(shè)備進(jìn)行文本文件的傳輸及顯示。編程時(shí)，將PC機(jī)串口與ASCII模塊的RS232串口連接，運(yùn)行該軟件，就能在其界面上對(duì)ASCII模塊進(jìn)行程序編寫、上傳、下載和調(diào)試等工作。也可先通過WINDOWS系統(tǒng)的寫字板編寫程序，并保存為文本格式，然后再通過Hyperterminal將程序下載到ASCII模塊。通信程序的主工作流程見圖五。

部分程序代碼如下：

OPTION BASE 0 //定義數(shù)組

DIM R（128）,FC（128）

R（48）=0:R（49）=1:R（50）=2:R（51）=3:R（52）=4:R（53）=5:R（54）=6:R（55）=7:R（56）=8

R（57）=9:R（65）=&h0a:R（66）=&h0b:R（67）=&h0c:R（68）=&h0d:R（69）=&h0e:R（70）=&h0f

R（97）=&h0a:R（98）=&h0b:R（99）=&h0c:R（100）=&h0d:R（101）=&h0e:R（102）=&h0f

OPEN #2,"COMU:19200,8,E,1" //設(shè)定串口參數(shù)

A%=LOC（2） //判斷接收緩沖區(qū)字符

IF A%=8 THEN

REX$=INPUT$（A%,#2）

……….

ENDIF

GOSUB ＊ZFCL //對(duì)信息進(jìn)行分解處理

IF ST=1 THEN ＊JAOY ELSE ＊BACK //判斷是否本站信息

＊JAOY

GOSUB ＊CRC //CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)子程序

IF R=CRC THEN ＊WORK ELSE ＊BACK //信息校驗(yàn)正確判斷

＊WORK

IF （FU=3） THEN GOTO ＊DJS //讀功能碼判斷，調(diào)寫操作子程序

IF （FU=6） THEN GOTO ＊XJS ELSE GOTO ＊BACK //寫功能碼判斷，調(diào)讀操作子程序

＊DJS //讀子程序

………

＊XJS //寫子程序

………

＊CRC //CRC 校驗(yàn)子程序

……….

＊ZFCL //字符處理子程序

………

由于ASCII模塊支持ASCII碼，而RTU則是基于二進(jìn)制碼的16進(jìn)制字符通信方式，所以在程序編程中增加了碼制轉(zhuǎn)換程序。

CH5$=MID$（REX$,5,1） :CH6$=MID$（REX$,6,1） //提取字符段

VOL=ASC（CH5$）×256+ASC（CH6$） //將ASCII碼字符轉(zhuǎn)換十進(jìn)制數(shù)

VOL$=HEX$（VOL） //將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制字符

3、程序優(yōu)化及安全措施

在ASCII模塊與CPU單元數(shù)據(jù)交換程序部分，采取由ASCII模塊向CPU 單元主動(dòng)發(fā)送讀寫請(qǐng)求信號(hào)，CPU單元在收到請(qǐng)求時(shí)才執(zhí)行數(shù)據(jù)交換程序的方法。這樣，就縮短了PLC的掃描周期，提高了通信實(shí)時(shí)性。

在信息差錯(cuò)控制部分，采用了CRC-16循環(huán)冗余校驗(yàn)算法，該算法能使信息的差錯(cuò)率低于10-14以下。如果信息校驗(yàn)錯(cuò)誤，程序?qū)⑶宄彌_區(qū)，等待DCS信息重發(fā)。

根據(jù)生產(chǎn)需要，可在HMI上將現(xiàn)場(chǎng)按鈕等手控設(shè)備設(shè)為無(wú)效狀態(tài)，所有手、自動(dòng)操作均在DCS上進(jìn)行。考慮到如通信網(wǎng)絡(luò)遭到癱瘓等嚴(yán)重故障時(shí)，需保證現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備正常啟停，又增加了通信狀態(tài)定時(shí)偵測(cè)程序，在規(guī)定時(shí)間（10秒）內(nèi)網(wǎng)絡(luò)上如無(wú)信號(hào)，PLC自動(dòng)將現(xiàn)場(chǎng)按鈕等手控設(shè)備設(shè)為有效，同時(shí)DCS故障報(bào)警，直到網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常為止。

四、結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前分布式控制系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備、軟件及整體架構(gòu)，大部分是由專業(yè)廠商生產(chǎn)提供的，其總體性能較好。但如前所述，它們也有系統(tǒng)配置可選性小、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)適應(yīng)面窄、價(jià)格較高等缺點(diǎn)。筆者采用Modbus協(xié)議這一成熟通信技術(shù)，選用PLC的可編程模塊，進(jìn)行基于Modbus通信協(xié)議的自主程序設(shè)計(jì)，架構(gòu)起本自控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)易擴(kuò)展、易維護(hù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用靈活、編程方便、造價(jià)低廉等特點(diǎn)。這套系統(tǒng)在某化纖生產(chǎn)線一次投運(yùn)成功，實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)良好，證明其穩(wěn)定可靠，能完全滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。到目前為止，該系統(tǒng)已在多個(gè)工程項(xiàng)目上投入使用，全部運(yùn)行正常，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

本文創(chuàng)新點(diǎn)：采用工業(yè)領(lǐng)域通用的Modbus通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，利用可編程的PLC特殊功能模塊，并進(jìn)行通信程序設(shè)計(jì)，低成本的解決了本系統(tǒng)的通信架構(gòu)問題，可為分布式控制系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)兼容性設(shè)計(jì)的一個(gè)思路。