Modbus协议在Honeywell DCS与Siemens PLC通讯中的应用介绍

兖州煤业榆林能化公司 尹宗志

随着计算机、通信及自动控制等技术的发展，对企业自动化设备工作状况进行远程监测和控制，不仅可随时了解设备工作状态，设备出现异常时报警，便于及时发现，提高工作性能，在实际现场应用中，需要把不同厂家控制系统的数据进行共享互联。某甲醇厂60万吨/年甲醇项目的主控制系统采用了美国先进的控制系统Honeywell pks，而现场低压煤浆泵、氮压机、磨煤机的装置系统的控制系统为各自独立配置SIEMENS S7-300 PLC控制系统。为了有效的监控这些设备的运行参数，采用Modbus协议来实现控制系统与SIEMENS S7-300控制系统之间的串口通讯。

一、Modbus协议简介

Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议可使控制器相互之间、控制器经由网络和其它设备之间进行通信。它已经成为一通用工业标准。可以把不同厂商生产的控制设备连成工业网络，进行集中监控。Modbus协议是一种适用于工业控制领域的主从式串口通讯协议，它采用查询通讯方式进行主从设备的信息传输，可寻址1-247个设备地址范围。协议包括广播查询和单独设备查询两种方式，二者区别就是广播查询不需要从设备回应信息。

标准的Modbus口是使用一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。

控制器通信使用主—从技术，即仅一设备(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。典型的主设备：主机和可编程仪表。典型的从设备：可编程控制器。主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信，从设备返回一消息作为回应，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、一错误检测域。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、和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生一错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去。

二、PKS 系统的通讯功能

PKS 系统是Honeywell公司推出得基于批处理、过程控制、 SCADA应用的开放的混合控制系统。它通过串行口（Serial）和第三方控制器或PLC通讯。它支持多种类型的控制器通讯，并可以灵活的采用多种连接方式。控制器带网络接口控制工程网权，可以直接接入到网络上，如果控制器带串口控制工程网权，可以通过modbus协议终端服务连接到网络上来。一个modbus协议终端服务允许多个控制器同时连接到网路上来，并提供多种连接接口RS-232、RS-422、RS-485。利用Modbus 协议配置方式实现兖州煤业榆林能化甲醇厂60万吨/年甲醇项目Honeywell PKS 控制系统与SIEMENS S7-300 PLC控制系统控制器之间的串口通讯。

1.硬件介绍

串行接口卡件(SIM)是安装在PKS系统标准卡槽上的双宽度I/O卡件，它的功能是实现通过现场端子板FTA连接串行接口卡件的现场设备与PKS控制器之间的通讯桥梁。串行接口卡件可以提供与单FTA 电源适配器连接的两个FTA 通讯的两个串口的双向通讯接口控制工程网权，它不存储和保持任何现场I/O设备的组态数据和实时数据，它只在与它相连的现场设备与控制器之间传输数据参数。

FTA采用插接卡件根据现场设备的需要选用指定的串行接口控制工程网权，共有两种标准的FTA 产品。一种是MU-TSIMI2 Modbus型FTA提供点对点RTU EIA-232(RS-232)或EIA-422/485(RS-422、485)多点通讯接口。另一种是MU-TSIAI2 Allen-Bradley(A-B)型FTA提供一个EIA-232(RS-232)通讯接口用于DF1通讯协议的A-BPLC-2等现场设备。

某甲醇厂60万吨/年甲醇项目采用了第一种FTA标准。一个SIM卡带两个FTA接线端子板(FTA A，FTA B)，由单独电源模块供电，每个FTA 接线端子板通过屏蔽双绞通讯线与第三方设备连接。各通讯设备以总线方式接入，当通讯距离超过100米或者干扰很强时两端均加上120欧姆电阻，连接第三方通讯设备到FTA端子的最大接线长度不超过300米，如果超过300米采用信号信号中继器或者放大器，每个FTA接线端子板最多可接的设备15个。

某甲醇厂60万吨/年甲醇项目的低压煤浆泵、磨煤机S7-300控制装置离主控室Honeywell PKS控制装置有600多米，采用了S7-300 的Modbus 485转换成光信号，通过光纤送至PKS控制装置控制室通讯柜内，然后通过光电转换成Modbus 485 信号接入PKS 通讯网中，实现数据通讯。而合成压缩机、丙烯压缩机采用ITCC控制系统与Honeywell PKS控制装置距离只有30米，直接采用Modbus 485屏蔽双绞通讯线进行连接通讯，进行数据共享。

2.组态介绍：(以SINUMARRCH功能块为例)

每个SIM卡有32个通道，其中0-15通道与连接在FTA A板上的第三方设备的进行通讯，而16-31通道与连接在FTA B板上的第三方设备进行通讯。当只有1个FTA板时，那么这块FTA板必须配置成FTA A使用，即将FTA接到Power Adapter的Channel A上，而且只能使用0-15通道。

Control Builder中SI通讯功能块有三种：对于一个软通道SINUMARR CH功能块可以接收/发放最多16个32位浮点数或整型数。

组态画面中：

Serial Link Device Address：为设备地址，即Modbus ID；

Starting Element lndex：为接收/发送数据的起始地址。此为第三方厂家提供的，是Modbus通讯寄存器首地址，1个寄存器地址存储一个16位二进制数；

Number of Numeric Value：接收/发送数据的个数。

一个SINUMARR CH功能块只能设置为一个数据类型，而且接收/发送数据的地址必须是连续的。Number of Numeric Value项中设置的值是从起始地址开始存储数据的个数；如果第三方设备发送/接收数据的Modbus 存储地址是放在不连续的几个地址段上，那么就必须用多个SINUMARR CH功能块来接收不同地址段的数据。

三、结束语

目前甲醇等煤化工项目装置中，DCS、PLC等多个控制系统同时使用的情况很普遍，把多个控制系统融合为一个整体，能在中央控制室中的DCS中监视、控制。就涉及控制系统之间的通讯问题。而Modbus串行通讯技术有着实现简便、系统集成费用低以及通讯距离远(RS485/422)等特点，所以Modbus串行通讯技术的运用在DCS与PLC之间通讯将会保持广泛的应用。

[1]Honeywell.Experion PKS Serial interface Module implementation Guide.EP-DCXI43,R210,2004,10:18-45.

[2]黄能把,骆仕添.基于Modbus协议的siemens PLC应用系统[J].微计算机信息,2004(7):26.