Modbus 通讯协议在PKS 系统集成中的应用

苏佳杰 卫志刚 杨玉强

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300000）

1 概述

浮式生产储油轮友谊号04 年投产，中控系统无法对现场就地控制设备的运行参数进行监控，因此急需将现场关键设备PLC运行数据集成到中控霍尼韦尔PKS 系统中。通过Modbus 通讯协议实现了现场关键设备PLC 与中控PKS 的系统集成，有效提高了中控的监控水平。

2 Modbus 通讯协议简介

Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。其已经成为一种通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。

Modbus 协议将通讯参与者规定为“主”（Master）和“从”（Slav e）。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, 而从设备之间不能通信。

Modbus 协议有两种通讯传输模式：ASCII 模式和RTU 模式。ASCII 模式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1S 而不产生错误;RTU 模式的主要优点是在同样的波特率下, 可比ASCII 方式传送更多的数据。

3 硬件选择

3.1 协议转换器的选择

现场关键设备使用的PLC 厂家和型号以及支持的通讯协议如下表1。

从表1 中可以看出，电动压缩机和关键设备定期维护系统的PLC 控制器不支持Modbus RTU 通讯协议，因此需要增加协议转换器。电动压缩机PLC 为AB 公司的SLC500 型，两台压缩机分别使用了两种不同的协议转化模块，使用了HMS 公司的DF1 转MODBUS 协议转换器，型号为AB 7010，以及MCM-3150 通讯卡。

表1 现场关键设备PLC 型号

关键设备定期维护系统PLC 为西门子公司的西门子S7-300 314C，使用了国产的微硬创新的MODBUS 转PROFIBUS网关PBMD485-K20。

3.2 通讯接口的确定

现场关键设备PLC 的支持的通讯端口，如下表2。

表2 现场关键设备PLC 通讯端口

最终确定的通讯端口为RS485 通讯端口，其适合于远程通讯，最远1200 米，能够满足现场通讯距离的需求，同时RS485 属于差分通讯，抗干扰能力强，通讯稳定性较高。

3.3 串口服务器

实现现场关键设备PLC 与霍尼韦尔PKS 系统通讯，使用PKS 的第三方通讯功能，不需要增加专门的串口通讯卡，组态过程简单，同时可以通过PKS 系统的OPCI 功能，可以将第三方通讯点引入到组态策略中。

4 项目实施

4.1 燃气压缩机Modbus 通讯的实现

（1）对通讯端口进行设置。燃气压缩机PLC 为AB 公司Micro Logix1500，有2 个通讯端口，两个端口均支持Modbus 通讯，通过编程软件连接PLC 后，对通讯端口参数进行设置，驱动为Modbus RTU 被控，波特率和奇偶校验根据现场实际设置，Modbus 数据表文件数根据实际使用文件号填写。

（2）在PLC 程序中，增加相关的通讯程序，将需要通讯的数据移到对应的数据表文件中。

（3）增加接口转换器：由于燃气PLC 自带的通讯端口为RS232 端口，无法进行信号远传，因此需要安装RS232 转RS485的信号转换器ADAM-4520，用于对通讯信号的远传，并将RS232转RS485 通讯。

（4）列出燃气压缩机Modbus 的通讯列表，方便后期的组态。

4.2 电动压缩机Modbus 通讯的实现

（1）增加协议转换卡件。①协议转换器AB 7010。电动A 机使用了新型的HMS 公司的DF1 转MODBUS 协议转换器，AB 7010 通讯模块，使用此通讯卡优点在于方便通讯编程，输出端口可设置为RS485，方便了远程通讯。缺点是PLC 通讯端口被设置为DF1 被控端口就失去了与上位机通讯的能力。②协议转换器MCM-3150。电动B 机采用了一块库存的MCM-3150 通讯卡，此卡的优点是不占用PLC 的通讯端口，PLC 仍然可以与上位机进行通讯，同时输出端口可设置为RS485，方便了远程通讯。通讯卡件安装到位后，需要通过编程软件连接PLC，在PLC 程序中对卡件的通讯参数以及通讯卡件的初始化程序和数据交换程序进行添加，并将程序下装到PLC 后才能够正常使用。（2）在PLC 程序中，增加相关程序。（3）列出电动压缩机Modbus 通讯列表，方便后期的组态。

4.3 废热与加气浮选器Modbus 通讯的实现

（1） 通讯端口的设置。废热和加气浮选器使用的都是S7-200 PLC，型号为CPU226，此型号PLC 支持Modbus 通讯协议，但是Modbus RTU 从站指令库只支持CPU 上的通讯0 口（Port0）。

（2）对PLC 程序进行修改。①在PLC 程序中，从指令库中，选择Modbus 通讯指令，添加到PLC 程序中，并根据实际通讯情况，对通讯参数进行设置。②将需要通讯的参数，转移到对应的临时数据区。

（3）列出废热和加气浮选器的Modbus 的通讯列表，方便后期的组态。

4.4 关键设备定时维护系统Modbus 通讯的实现

（1）添加MODBUS 转PROFIBUS DP 网关。关键设备定时维护系统使用的S7-300 的PLC，此PLC 支持PROFIBUS DP 和PROFIBUS PN 两种通讯协议，不支持Modbus 通讯协议，为实现Modbus 通讯，增加了一块国产的MODBUS 转PROFIBUS 网关PBMD485-K20，此网关工作稳定，价格便宜，组态方便。

（2）MODBUS 转PROFIBUS DP 网关的添加。MODBUS 转PROFIBUS 网关安装完毕后，需要使用S7 step 软件连接PLC 后，在硬件中进行添加，并分配地址后才能够正常使用。

（3）对PLC 程序进行修改。

（4）列出关键设备定期维护系统Modbus 通讯列表，方便后期的组态。

4.5 中控增设串口服务器

（1）在中控增设串口服务器。为方便现场PLC 与中控PKS 系统通讯，同时简化组态的过程，在改造过程中使用了MOXA 公司的NPORT 5430 串口服务器，通过串口服务器可以让网络设备实现对串口设备的访问，因此可以实现PKS 服务器对各串口连接的设备进行访问。

（2）对串口服务器参数进行设置。在串口服务器使用前需要对串口服务器的参数进行设置，串口需要工作在TCP Server 模式下，需要对IP 地址、通讯参数以及串口的驱动模式进行设置。

4.6 通过Confingstudio 进行通讯组态

要实现中控PKS 系统与现场第三方设备进行通信，要通过建立channel、controller、point 3 个过程。

4.7 通过HTMI Displayer 进行画面组态。

5 项目实施后效果

通过使用Modbus 通讯协议实现了现场关键设备PLC 与中控PKS 的系统集成，有效提高了中控的监控水平，使中控人员可以对现场关键设备的运行参数进行实时监控。发现问题时，可以对问题进行及时处理；通过存储的运行数据，可以在设备故障时进行数据分析，查找故障原因；同时还可以通过存储的数据分析设备的运行状态，有效保证了现场设备运行的可靠性和稳定性。