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

一、引 言

　　現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，不斷促進(jìn)著自控技術(shù)及設(shè)備創(chuàng)新的日新月異。當(dāng)前，DCS、IPC、PLC及智能儀表已廣泛應(yīng)用到工廠現(xiàn)場生產(chǎn)控制系統(tǒng)當(dāng)中，并發(fā)展到由上述設(shè)備相互協(xié)同、共同面向整個生產(chǎn)過程的分布式工業(yè)自動控制系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，現(xiàn)場通信技術(shù)堪稱關(guān)鍵。但由于開始沒有統(tǒng)一的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，各廠商自控產(chǎn)品通信協(xié)議各自為政，通信網(wǎng)絡(luò)各成體系，造成不同廠家的自控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接困難甚至不能連接，給分布式控制系統(tǒng)的靈活應(yīng)用造成了不便。一些公司為適應(yīng)市場，紛紛將各自的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)公開化，可無償使用。經(jīng)過多年發(fā)展，一些通信協(xié)議如Modicon公司的Modbus通信協(xié)議因其兼容性、易用性的優(yōu)勢，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，已成為一種通用的工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)。本文就某化纖項目分布式控制系統(tǒng)的設(shè)計，介紹基于Modbus協(xié)議的通信網(wǎng)絡(luò)在其中的應(yīng)用。

二、系統(tǒng)組成

　　1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　本系統(tǒng)構(gòu)成如圖1，其中略去了現(xiàn)場儀表信號的采集、控制部分。系統(tǒng)上位機采用橫河CS3000型DCS集散控制系統(tǒng)，對整個生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)控;下位機采用Omron的CS1H系列PLC，分布在3個電氣控制室，負(fù)責(zé)現(xiàn)場電機、OCV閥、流量開關(guān)、變頻器等執(zhí)行、檢測機構(gòu)的啟?？刂啤⒎答佇盘柌杉?、故障判斷等操作。

　　基于通信實時性的考慮，將DCS與3個PLC控制站分為兩個相對獨立的通信網(wǎng)絡(luò)：PLC1和PLC2與DCS一端口組成網(wǎng)絡(luò)一，PLC3與DCS二端口組成網(wǎng)絡(luò)二。由于上下位機均無面向同一協(xié)議的通信設(shè)備，給設(shè)計造成了困難。經(jīng)考慮，決定采用Modbus通信協(xié)議，由其構(gòu)成本分布式控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)。

　　2、通信網(wǎng)絡(luò)組成

　　2.1通信協(xié)議

　　Modbus協(xié)議是一種適用于工業(yè)控制領(lǐng)域的主從式串口通訊協(xié)議，它采用查詢通訊方式進(jìn)行主從設(shè)備的信息傳輸，可尋址1-247個設(shè)備地址范圍。協(xié)議包括廣播查詢和單獨設(shè)備查詢兩種方式，二者區(qū)別就是廣播查詢不需要從設(shè)備回應(yīng)信息，主從設(shè)備查詢通訊過程見圖二。

　　Modbus協(xié)議有兩種傳輸模式：ASCII模式和RTU模式。同波特率下，RTU模式較ASCII模式能傳輸更多的數(shù)據(jù)，所以工業(yè)網(wǎng)絡(luò)大都采用RTU模式。RTU模式下的信息傳輸報文格式如圖三

　　它沒有起始位和停止位，而是由至少3.5個字符間隔時間作為信息的起始、結(jié)束標(biāo)志。信息幀所有字符位由16進(jìn)制字符0-9、A-F組成。本設(shè)計采用單獨設(shè)備查詢的RTU模式通信方式，根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)成，將DCS一端口設(shè)01H、02H兩個PLC從站地址，二端口設(shè)01H一個PLC從站地址，并使用Modbus協(xié)議中的讀字存儲區(qū)03H和寫字存儲區(qū)06H兩個功能碼。