EDPF-NT Plus系统在污泥处理装置中的Modbus RTU总线网络的设计与实现

段彤

（北京国电清新环保技术股份有限公司，北京 100142）

0 引言

EDPF-NT Plus系统问世以来，在火电系统的机组控制的应用上获得了巨大成功。本次在盐仓污水处理厂污泥处理装置中，通过EDPF-NT Plus的通讯模块再通过Modbus-RTU总线对制氧机、电磁加热器、电热管加热器等成套设备进行控制和监视，是EDPF-NT Plus系统在污水处理领域应用的一个重要尝试。提供了既利用EDPF-NT Plus系统的控制算法丰富、人机界面友好、运行安全可靠等特点，又最大程度地发挥装置中各分系统的效能，节约投资的一个设计思路。

1 国电智深EDPF-COMII通讯模块概述与接线方式

EDPF-COMII通讯模块是国电智深EDPF-NT分布式网络测量单元，具有4个RS485串口，1个RS232串口。其中，两个RS485串口用HDLC协议和DCS的DPU（Distributed Control Unit）通讯，剩下两个RS485串口可独立设定为Modbus总线的主站或从站。

每一路串口通道最多可以带32个从站（slave），每个COM-II通讯模块有1028个寄存器。其中，0～128的寄存器为数字量、模拟量混用寄存器，128～1028的寄存器为模拟量专用寄存器。如果0～128个寄存器完全用于数字量使用,则可以有128×16=2048个数字量。这剩下的两个和外部设备通讯的RS485接口可以共用这个通讯模块中的1028个寄存器。

RS485接口与S7-200PLC接线的拓扑结构如图1所示，一路RS485接口可以构成一个Multidrop的串口总线。作为从站（slave）的电加热器、制氧机、电磁加热器的S7-200PLCCN系列的PLC，并行连接到RS485的主干通道上。其中电加热器的从站地址（Node）为20、制氧机的从站地址（Node）为21、电磁加热器的从站地址（Node）为22。

图1 COMII通讯模块与电加热器、制氧机、电磁加热器通讯的拓扑结构图Fig.1 The Network Topology of the COMII Module and Heater,Oxygenator,as well as Galvanothermy Tube

图2 模块SAMA图Fig.2 The module SAMA diagram

图3 超级终端输入指令界面Fig.3 The instructions interface of hyper terminal

2 通讯模块的参数设置和模块SAMA图组态及逻辑SAMA图组态

EDPF-COMII模块配有单独的RJ11的监控口，用户可以通过它，利用专用的RS232的电缆和Window2000或WindowXP的超级终端（如图3所示），对Modbus任务进行设置，并监视、检查EDPF-COMII模块的运行状态。

2.1 通讯模块的基本参数的设置

首先确定S7-200PLC的串行接口的通讯参数：通讯速率为9600，无奇偶校验位、8位数据位[1]，然后用S命令设定COMII通讯模块的参数：#S=COM2 9600 N 8 1 1 M 1000，和S7-200PLC的通讯参数相对应。上述命令共有7项，其中第0项表示要设定的端口号；第1项表示要设定通讯口的波特率，除本端口设定的9600bit/s外，还支持19200bit/s、57600bit/s、115200bit/s等；第2项表示奇偶校验，0表示奇校验，E表示偶校验，N表示无校验；第3项表示8位数据位；第4项表示1位停止位；第5项的意思如下：通讯模块作为主站时无意义，通讯模块作为从站时表示从站的地址，可以随意设定；第6项表示此通讯口设定为主站模式（master）还是从站模式（slave）；第7项表示此串口每项通讯任务执行正确后的延长时，这里为1000×2ms=2s。

2.2 以电热管加热器为例的COMII通讯模块的SAMA图组态

如图2所示，国电智深EDPF-NT Plus系统的模块组态和逻辑组态基于Visio平台。在Visio的IO模具中找到COMAI、COMAO、COMAO的模块。然后拖入到Visio的空白处，其中COMAI在系统的属性中选择主模块地址为18，卡件的位置为C6（第C排的第6个）。主模块寄存器起始地址为1000；COMAO的主模块地址为18，卡件的位置为C6，主模块寄存器的起始地址为1064，第二块COMAO的起始地址为1128（模拟量占用两个寄存器）。和普通的数字量和模拟量不同的是，COM通讯模块依据对其寄存器分配情况，可以在模块组态中对应多个虚拟模块。因为S7-200PLC的通讯模块的寄存器需要接收的是整数型数据，所以这里选择的数据类型为uint16。

2.3 通过Windows超级终端对通讯模块的寄存器进行设置

2.3.1 Modbus的功能码中W命令的格式

W命令在“=”后面有0～7，共8个参数项，命令的格式为

评语集N={优，良，中，差}，其中，优(4分)，良(3分)，中(2分)，差(1分)；权重集X={0.15,0.35,0.20,0.30}，即色泽15分，口感35分，组织状态20分，风味30分，共100分。

COM1 TASKID(0～255) SLAVEADDR(1～128) FUNC SAddr NRegs MemSAddr TOver[2]

其中，参数的含义如下：

第0项为要设定的通讯端口号，在本项目中本文用通讯模块的第二通道与加热器相连。所以，在第0项设定为COM2；TASKID(0～255)表示从第0个任务开始的任务列表；SLAVEADDR(1～128)表示COM模块要访问的设备地址，在Multidrop的模式下，电加热器S7-200PLC中已经设定好的设备地址为20，此处设定也为20。

FUNC是命令功能代码：

功能码1：读取从站的只读线圈状态（00001按位写至内存）。

功能码2：读取从站只读开关量状态（10001按位写至内存中）。

功能码3：读取从站中保存寄存器（40001）开始的内容写至内存中。

功能码4：读取从站模拟量寄存器（50001）开始的内容写到内存中。

功能码5：读取COM模块中内存的数据，仅从0～127个寄存器中某一位中读取。

功能码16：读取COM模块中的内存数据，写至从站中（40001）开始的保存寄存器[3]。

SAddr：Multidrop总线网络的下面各S7-200PLC的寄存器或线圈的起始地址，输入数值=起始地址-4000，如果起始地址为4006，则输入的数值应为6。

图4 点记录编辑界面一Fig.4 The 1st interface of point editor

图5 点记录编辑界面二Fig.5 The 2nd interface of point editor

图6 逻辑SAMA图Fig.6 The logic SAMA diagram

NRegs：读写寄存器或者线圈的数量。

MemSAddr：表示输入输出数据位对应的EDPF-COMII模块内存区起始地址。

Tover：通讯任务等待超时（单位时间为2ms）。

2.3.2 FUNC命令3号功能码的使用

例如#W=COM2 0 20 3 6 1 1000 1000，这个命令行表达的意思是：设定的通讯模块的端口号为COM2，第0个任务，读取的从站为Multidrop的第20号站，读取从站中4006寄存器的状态，存入COM通讯模块中地址为1000的寄存器中，通讯任务的等待超时为2ms×1000=2s。

2.3.3 FUNC命令16号功能码的使用

例如#W=COM2 15 20 16 0 1 1064 1000，这个命令行表达的意思是：设定的通讯模块的端口号为COM2，第15个任务，从站为Multidrop的第20号站，将COMII通讯模块中1064的寄存器中的内容，写入S7-200PLC中地址为4000的寄存器中，通讯任务的等待超时为2ms×1000=2s。

2.4 利用点记录编辑器对COM模块点增加点

和增加普通模块的点一样，也可以用点记录编辑器给COM模块增加数字量点和模拟量点。设置点名为2COM1064（见图4），选择的模块为DPU_C6_1064（见图2），选择的通道为1，因为S7-200PLC的地址表为4000的寄存器要求量程的范围是（32000～6400），所以在图5的信号上下限设定：32000～6400（这一点和普通的硬接线点不一样）；在量程上下限设定：32000～6400。

2.5 对COMAO模块中的点进行SAMA逻辑组态

图6为逻辑SAMA图，图形的左边是模拟量算法和开关量算法选择库，功能块T为转换模块，当虚线的选择的箭头的逻辑为1时，Y引脚的逻辑就处于导通状态[4]。SH999_TEMPT和MANUAL_AUTO1两个中间数字量点同时为1时，现场加热器所控制的温度-氧化反应器的反应区温度TI103_TE通过折线函数f(x)自动给2COM1064赋值；如果SH999_TEMPT和MANUAL_AUTO1两个中间数字量点有一个为0时，则可以进行手动赋值。这样，通过Mulidrop网络，COM_II通讯卡的第1064个寄存器内的整数数据，就可以传到S7-200PLC的以4000为起始地址的寄存器中。经S7-200PLC转换后，通过AO通道给可控硅控制器的输出赋值，完成调功加热工作。

3 结束语

在污泥处理中，利用DCS的通讯模块与分系统的PLC采用Multidrop方式通讯有如下优点：

可以保持原有分系统的完整性。各个分系统的厂家对其设备非常熟悉，在配置参数的时候，必然采取最佳方案，尤其是制氧机、电热管加热器等较为复杂的分系统，采用其生产厂家配套的PLC进行数据采集、参数控制，就更加安全、精确、迅速。这就避免了因DCS组态人员对于分系统的工艺、设备不熟悉或者硬件配置上的失误而延长调试时间或在调试过程中造成不必要的设备损坏或人员伤害。

可以大量节省DCS硬件投资。以此次盐仓污泥处理项目为例，如果所有的信号都通过硬接线接入DCS，就会需要大量的电缆。经过计算,电加热器、制氧机、电磁加热器的S7-200PLC的投资也远小于所需增加的DCS模块的投资。

[1]张子荣.S7-200PLC的Modbus RTU的从站通讯在化工火炬中的应用[J].中国石油化工标准与质量,2012,4:22-23.

[2]北京国电智深控制技术有限公司,EDPF-NT Plus通讯模块COMII使用手册[Z].2009,4:5-8.

[3]吕国芳,唐海龙,李进.基于Modbus RTU的串口调试软件的实现[J].计算机技术与发展,2009,(19)9:236-239.

[4]北京国电智深控制技术有限公司,EDPF-NT Plus控制算法参考手册[Z].2010,12:162-166.