Modbus通訊協(xié)議在控制工程中的應(yīng)用

Modbus通訊協(xié)議在控制工程中的應(yīng)用2湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410000）摘要：Modbus是一種串行通信協(xié)議，目前主要以串口、以太網(wǎng)以及其他支持互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)版本方式實(shí)現(xiàn)通訊，它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了、通訊可靠、通訊數(shù)據(jù)量大，缺點(diǎn)是通訊速度相對(duì)較為緩慢，不適用于一些高要求的反饋控制系統(tǒng)。大多數(shù)Modbus設(shè)備通過485串口進(jìn)行通信，廣泛應(yīng)用于控制工程中。如火電廠鍋爐壁溫、發(fā)電機(jī)溫度的采集系統(tǒng)就是以Modbus協(xié)議通過485串口方式與DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，部分智能儀表也是通過Modbus協(xié)議與PLC等設(shè)備進(jìn)行通訊。文通過分析Modbus通訊協(xié)議在控制工程中的應(yīng)用，掌握Modbus通訊協(xié)議的特點(diǎn)與相關(guān)知識(shí)，提高控制工程設(shè)計(jì)、維護(hù)的可靠性。關(guān)鍵詞：Modbus，通訊協(xié)議，控制工程前言：火力發(fā)電廠中，由于鍋爐壁溫、發(fā)電機(jī)定子溫度等相關(guān)設(shè)備的測(cè)點(diǎn)數(shù)量較多，如果使用實(shí)際接線通道一對(duì)一連接DCS，首先需要敷設(shè)大量的線纜，還要更多的DCS通道與卡件、控制器等相關(guān)配套設(shè)備，增加施工任務(wù)量的同時(shí)也極大地浪費(fèi)了材料，加大了經(jīng)濟(jì)投入成本。因此，在工程中一般都是引用遠(yuǎn)程IO通訊的形式，將就地溫度集中至前置盒，再將各個(gè)前置端使用RS485的方式進(jìn)行串接，連接至DCS控制系統(tǒng)已配置好的通訊卡，最后進(jìn)行相應(yīng)的組態(tài)即可實(shí)現(xiàn)DCS對(duì)遠(yuǎn)程IO設(shè)備相關(guān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)控。在PLC相關(guān)控制設(shè)備中，也同樣具備Modbus通訊的功能。因此，在工程應(yīng)用中，要結(jié)合實(shí)際具體情況選擇相應(yīng)的通訊方式并進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的通訊配置，才能使控制系統(tǒng)正常工作。一、火電廠智能前端火電廠智能前端主要用于生產(chǎn)過程中各種模擬量、開關(guān)量信號(hào)的就地集中采集和數(shù)字式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)可直接用于就地設(shè)備的控制，也可通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)送入DCS等，由系統(tǒng)做統(tǒng)一處理后，用于設(shè)備參數(shù)監(jiān)測(cè)及作為設(shè)備控制的依據(jù)?；痣姀S智能前端一般采用壁掛式就地安裝，可節(jié)省大量信號(hào)電纜，采用（RS-485/RS-422）現(xiàn)場(chǎng)總線式遠(yuǎn)程冗余通訊網(wǎng)絡(luò)，很大程序上保證了通訊線路的正常工作，確保測(cè)點(diǎn)參數(shù)的正常采集與處理?；痣姀S智能前端一般使用是MODBUS協(xié)議中的RTU模式，以串口RS485的通訊方式進(jìn)行組網(wǎng)（圖1），整個(gè)智能前端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖

1：RS-485通訊接線圖圖

2：RS-485通訊系統(tǒng)構(gòu)成圖在通訊雙方中，一般DCS為主站方（master），主站方發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令，一次通訊發(fā)送一個(gè)命令，可以多個(gè)設(shè)備同時(shí)接收，串口通訊參數(shù)一般設(shè)置為（baud：9600，word：8，parit：even，stop：１），端口號(hào)由DCS選擇，單層模式接收的命令格式一般如下例，共8字節(jié)（16進(jìn)制模式）：第1字節(jié)slaveaddress：01（單層結(jié)構(gòu)從１－設(shè)備數(shù)，多層為1－分組數(shù)）第2字節(jié)function：03（采用的功能碼為３，ReadHoldingRegisters）第3字節(jié)StartingAddressHi：00（欲讀寄存器首地址高字節(jié)）第4字節(jié)StartingAddressLo：00（欲讀寄存器首地址低字節(jié)）第5字節(jié)No.ofRegistersHi：00（欲讀字個(gè)數(shù)高字節(jié)）第6字節(jié)No.ofRegistersLo：18（10）（欲讀字個(gè)數(shù)低字節(jié),24點(diǎn)（16點(diǎn)））第7字節(jié)ErrorCheckHi：**（16bitsCRC校驗(yàn)高字節(jié)）第8字節(jié)ErrorCheckLo：**（16bitsCRC校驗(yàn)低字節(jié)）進(jìn)入DCS通訊卡分析模式察看Modbus報(bào)文，如圖3所示。圖

3：DCS通訊卡Modbus報(bào)文因此，就地智能前端各通訊參數(shù)設(shè)置與DCS通訊卡件參數(shù)設(shè)置要一致才能正常通訊?？赏ㄟ^使用Modscan軟件檢測(cè)智能前端至DCS之間的通訊是否正常，Modscan軟件主要設(shè)置有：Address:001;Length:24，即從001通道開始掃描直至第24個(gè)通道，也可從其它通道開始到其它別的通道；DeviceId:即輸入就地智能前端的地址，如1、2、3……32等，其它如波特率、停止位等的設(shè)置要與就地設(shè)置一致。設(shè)置正確后即可查看接收到的數(shù)據(jù)。顯示如40001：<196>40002：<201>......40012：<203>40013：<205>......即表示該智能前端1通道溫度為19.6度，2通道溫度為20.1度，12通道為20.3度，13通道為20.5度。因是整數(shù)型傳輸，數(shù)據(jù)需在DCS側(cè)乘以0.1系數(shù)。PLC的Modbus通訊方式當(dāng)PLC以Modbus協(xié)議與第三方系統(tǒng)如組態(tài)王、scada、DCS、觸摸屏等進(jìn)行通訊時(shí)，需要對(duì)PLC進(jìn)行編程初始化調(diào)用Modbus庫(kù)，當(dāng)PLC做為從站或主站時(shí)，調(diào)用程序是不同的。以S7-200PLC做從站為例，調(diào)用MBUS_INIT指令(初始化從站)和MBUS_SLAVE指令。MBUS_INIT指令用于使能和初始化或禁止Modbus通訊，必須無錯(cuò)誤的執(zhí)行，然后才能夠使用MBUS_SLAVE指令。MBUS_SLAVE指令用于服務(wù)來自Modbus主站的請(qǐng)求，必須在每個(gè)循環(huán)周期都執(zhí)行，以便檢查和響應(yīng)Modbus請(qǐng)求。配置如圖4所示。圖4：PLC調(diào)用Modbus協(xié)議配置SM0.1：首次掃描為1，以后為0，SM0.0：始終接通。即用SM0.1使PLC在第一循環(huán)掃描中初始化Modbus從站協(xié)議，用SM0.0使每循環(huán)周期內(nèi)執(zhí)行Modbus從站協(xié)議。模式（Mode）：為1時(shí)，將端口0分配給Modbus協(xié)議，并啟用該協(xié)議;為0時(shí)，將端口0分配給PPI，并禁止Modbus協(xié)議。Addr設(shè)置地址，其數(shù)值在1到247之間。Baud為波特率設(shè)設(shè)置。Parity用于設(shè)置校驗(yàn)位使之與Modbus主站相配匹：0—無校驗(yàn)(NONE),1—奇校驗(yàn)(ODD)，2—偶校驗(yàn)（EVEN）。MaxIQ將Modbus地址0xxxx和1xxxx可用的I和Q點(diǎn)數(shù)設(shè)為一個(gè)0--128之間的數(shù)值，數(shù)值為0時(shí)，禁止輸入和輸出的所有讀和寫操作。參數(shù)MaxAI將Modbus地址3xxxx可用的字輸入(AI)數(shù)目設(shè)為一個(gè)0--32之間的數(shù)值，數(shù)值為0時(shí)，禁止讀模擬量輸入。參數(shù)MaxHold設(shè)置可以使用的V區(qū)字保持寄存器的個(gè)數(shù)，相應(yīng)于Modbus地址4xxxx。參數(shù)HoldStart是V存儲(chǔ)區(qū)的保持寄存器的起始地址。PLC配置好后，可使用Modscan軟件檢測(cè)通訊是否正常。要注意軟件設(shè)置的地址、波特率等參數(shù)一致。在PLC輸出線圈Q0.0和Q0.2閉合的情況下，測(cè)試的效果如圖5。圖5：Modbus測(cè)試效果結(jié)束語：Modbus通訊協(xié)議在控制工程中的應(yīng)用，必須離不開上位系統(tǒng)與下位系統(tǒng)的正確配置，才能正常收發(fā)數(shù)據(jù)。Modbus通信協(xié)議傳輸字節(jié)數(shù)少、效率高，廣泛應(yīng)用于眾多小型儀表和大型工業(yè)設(shè)備，再加上RS232/RS485端口采用Modbus通信方式的場(chǎng)合很多，使用經(jīng)濟(jì)、便捷，值得深入學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：[1]向曉漢.工業(yè)控制系統(tǒng)及應(yīng)用-PLC與人機(jī)界面.化學(xué)工業(yè)出版社.[2]趙釗．基于Modbus協(xié)議的DCS系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)的通訊［J].節(jié)能技術(shù)，2011，29