基于Modbus协议的通讯在国产分散控制系统上的应用

2012-02-08杨素珍黄焕炮张敏李晓红

电力建设 2012年6期

杨素珍，黄焕炮，张敏，李晓红

(北京国电智深控制技术有限公司，北京市， 100022)

0 引言

目前，国产分散控制系统(distributed control system，DCS)在火力发电厂的应用越来越多，国内主要的DCS有国电智深EDPF-NT+、浙大中控JX系列和利时MACS系列等。根据现场实际情况，经常需要将第三方的数据送到DCS，或将DCS系统数据送到第三方系统。本文提出利用Modbus协议通讯来解决数据传送的问题，这样可以避免增加采集控制设备，而且便于统一监视及控制。EDPF-NT+系统软件结合了先进的网络通信、信息、监控、管理技术为一体，具有开放式结构、良好的硬件兼容性和软件可扩展性;在通讯接口方面，支持Modbus通讯协议，能与各类控制设备及计算机实现通讯连接，已成功应用于火电厂1 000 MW机组，且在水电、化工、新能源等领域的应用也逐渐显现出优势。

1 EDPF-NT+的Modbus通讯

Modbus协议已经成为工业通讯的通用标准。通过该协议控制器之间可进行通讯，还可以将不同厂商的控制设备连成工业网络进行集中监控。Modbus协议通讯为客户机对服务器［1-2］(即1主1从)，主站方发出请求，从站作出应答进行环路交换信息。许多工业设备使用Modbus协议作为通讯标准［3-4］。EDPFNT+支持Modbus RTU通讯模式［5-6］及Modbus TCP通讯模式，且通讯操作简单灵活，组态方便，安全可靠。

1.1 EDPF-NT+与Modbus RTU的通讯

EDPF-NT+在与Modbus RTU通讯中，只作主站，接口站通过虚拟分散处理单元(distributed processing unit，DPU)建立任务，利用TCP/IP网络连接到串口服务器，串口服务器再以RS485方式连接到可编程控制器(programmable logic controller，PLC)或IO模块的网关(即作从站的通讯设备)。使用串口服务器是为了将RS485数据转换为DPU数据。串口服务器有4、8、16口，可以方便扩充通讯及与多方设备建立通讯。图1为EDPF-NT+基于Modbus RTU的架构图。

图1 EDPF NT+与Modbus串口通讯结构Fig.1Structure of serial communication between EDPF-NT+and Modbus

1.2 EDPF-NT+的Modbus TCP通讯

EDPF-NT+在基于Modbus TCP通讯中可作主站，也可作从站。系统可通过网线与Modbus TCP建立通讯。作主站时，如果1台接口站需要与多方设备进行通讯，中间可以用交换机或Hub进行扩展。接口站需要使用不同的端口与对方通讯。作从站时，需在502端口上等待请求［7］。

2 配置虚拟控制器

EDPF-NT+系统通讯，只需在虚拟的DPU［6-7］中添加相应的虚拟I/O模块。每个开关量信号对应1个寄存器的1位或1个线圈及1个离散量。EDPF-NT+可以将1个寄存器的16位自动分配解包到相对应模块的连续的16个通道中。再配置扩展I/O程序来完成不同功能的任务，如读线圈、离散量、保持寄存器、输入寄存器等。表1为卡件类型及功能码对应表。

表1 卡件类型及功能码对应表Tab.1Correspondence between card types and function codes

3 串口配置

Modbus RTU是基于串口的通讯，EDPF-NT+接口站与第三方系统之间通过串口服务器连接在一起。串口服务器一端通过以太网方式和DCS连接，另一端通过RS 485方式和第三方系统连接。通常串口服务器具有多个连接端口，每个端口连接1个第三方系统。串口服务器的地址与EDPF-NT+的接口站IP需要配置在同一网段，串口服务器每个端口应配置同网段IP及不同的端口号，应用中需要定义每个端口的波特率、停止位、奇偶校验等信息(第三方系统厂家提供)。

4 接线定义

(1)串口的接线。用1根交叉网线，一端连接EDPF-NT+接口站网口，另一端接串口服务器的以太网口;就地过来485线接串口服务器的端口上［8］。

(2)Modbus TCP的接线。用1根普通的网线，一端接到EDPF-NT+接口站网口，另一端接到第三方系统的通讯设备的网口或网关上。

5 实例配置

5.1 资料提供

(1)与第三方采集器通讯提供资料:规约类型为Modbus RTU;通讯端口为RS232/RS 485;通讯速率为9600bps;通讯参数为8、1、1、N;Modbus主机为DCS系统(响应数据);Modbus从机为采集器(查询命令、确认命令);地址为C9H;功能码为03H;起始寄存器地址为0000H。

(2)与第三方DEH的PLC通信提供资料:子站地址为 1;协议9600，8，n， 1;开关量4150－4151，以保持寄存器来读取。

5.2 配置虚拟DPU

通讯之前，需要先建立虚拟DPU。假设新建的虚拟DPU为30号站，则接口站的A网卡增加IP为: 172.101.1.30，B网卡增加IP为:172.101.2.30。

在PO中添加虚拟DPU 30，增加完在D盘目录下新建虚拟DPU的运行文件夹。

5.3 配置组态

配置完虚拟DPU后需要增加虚拟卡件，增加虚拟卡件是在DPU 30中新建IO模块，添加实际模拟量的模块DPU 30 A1及开关量的DPU 30 A2。

根据第三方采集器说明，需要读取从站的1～16号保持寄存器的数据，首先增加Bidc开关量输入卡，设备号为DCS自定义，此处定为1。从站ID C9H为十六进制，转换成十进制为201，起始寄存器号0、起始点号为第1块通道，功能码为3，数据类型、字节顺序类型与第三方一致。

根据第三方PLC说明需要读取从站PLC的4150与4151号保持寄存器的数据，首先增加Bidc MDI卡，设备号为DCS自定义，此处定为2。从站为1，起始寄存器号4150，功能码为3。

再进行配置卡件图，并转换下载SAMA图。

5.4 安装数据库

(1)应用Excel数据库模板，将1～16号寄存器转换为DPU 30的A1卡件1～16通道数据。

(2)PLC的通讯为8个开关量打包到1个寄存器中，只需将4150寄存器的8个开关量分配到A2的1～8通道，4151寄存器分配到A2的17～24通道。

导入数据库，配置点组，下载点组及数据库，信号类型可选为源码输入不变。

5.5 串口配置

串口服务器主要有2项大的配置，一为串口参数配置，二为工作模式配置。在配置串口服务器前，需要在接口站增加第3块网卡，用交叉线连接到串口服务器Ethemet 10/100M口，根据串口服务器默认IP为192.168.0.233(可修改)，再为第3块网卡添加与串口服务器同网段IP地址。

(1)串口参数设置。串口参数配置的是第三方设备的相关串口参数:将采集器过来的485线连接到串口服务器第1个端口，PLC过来的485线连接到第2个端口，再通过用户数据报协议转发到同一台接口站来扩展通讯。因采集器与PLC提供的串口参数相同［11］，所以将端口1、2设置为:波特率9600，数据位8，停止位1，校验位none，流量控制none，类型改为485或不更改。

(2)工作模式设置。工作模式是用于配置串口服务器与接口站的通讯模式:因接口站与串口服务器是UDP协议，所以需要将第1及第2个端口的工作模式配置为TCP/UDP Socket。再将协议改为UDP，对端主机设置为通讯网卡的IP地址192.168.0.208，端口号任意设置。保存配置，重启串口服务器即可。

5.6 配置EIO通讯任务

将C:Program FilesEDPF-NT plusTemplate路径下的EIO.ini文件，拷贝至运行主目录config system下。打开EIO文件，按实际情况将EIO文件下的相应内容修改。根据实际情况，DCS方需要定义第1个设备号1对应采集器的201号设备通讯，并建1号任务为读32个线圈数据;DCS方再定义第2个设备号2对应PLC的2号设备通讯，并建1号任务为读40个保持寄存器数据。

配置好EIO后，可直接重启虚拟DPU，完成通讯。如果是Modbus TCP通讯，此EIO.ini文件需要更改2处:Protocol=modbusTCP，RemotePort=502。