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基于Modbus 协议的横河DCS与SIEMENS PLC 系统通信

2022-12-12沈韦霖吴明生陈锡银祁建军

化工自动化及仪表 2022年6期
关键词:通信协议接线端子

沈韦霖 吴明生 陈锡银 张 斌 祁建军 陈 明

(甘肃银光聚银化工有限公司)

某生产线采用横河CENTUM CS3000 DCS,而与其配套的冷冻机组装置则采用SIEMENS PLC系统进行控制。横河DCS包括1台工程师站、3台操作员站和1个控制站;SIEMENS PLC系统包含1台上位机和3台PLC机柜(SIEMENS CPU 312),由上位机进行数据监控。 现因控制系统优化,需实现PLC系统与DCS的数据通信,由横河DCS对冷冻机组装置进行控制。

1 通信协议

SIEMENS PLC系统与横河DCS间采用Modbus协议进行通信。 Modbus是一种主从模式的通信协议,通过主站发送请求,从站返回应答,实现数据传 输, 协 议 包 括RTU、ASCII 和TCP3 种。 其 中Modbus-RTU协议在DCS与PLC通信时最为常用,也是笔者将要采用的协议,该协议利用特定格式的报文进行数据交互,报文格式如图1所示。

图1 Modbus-RTU协议报文说明

图1中报文的意思是把数据0x0017 (十进制23)写入1号从机0x0001数据地址内。 其中从机地址为每个从站的专用地址,不可重复;功能号根据实际需求选取,06指写单个保持寄存器; 数据地址为从站将要存放数据的地址;数据指要传输的内容,用十六进制表示;CRC校验即循环冗余校验,是验证数据传输是否正确的校验功能码。

2 硬件

2.1 Modbus通信模块

3 台PLC 机 柜 均 配 备 有CP341 通 信 模 块。CP341模块是SIEMENS S7-300/400系列PLC中的串行通信模块。 CP341模块可以与各种SIEMENS模块和非SIEMENS产品点对点连接。 该模块支持Modbus-RTU协议。

横河DCS 采用厂家专用串行通信模块ALR121,该模块也支持Modbus-RTU协议,模块接线端子说明见表1。

表1 ALR121模块接线端子说明

2.2 硬件平台搭建

以横河DCS作为主站,SIEMENS PLC作为从站,主站发出请求,接收从站返回的数据。ALR121模块具有二线制和四线制接法,其中二线制为半双工通信,也是笔者所采用的接法,如图2所示,图中左侧为横河DCS端接线, 其中引脚RX+与RX-之间需加120 Ω的跨接电阻R1, 另一侧连接到所通信设备的相应通信端子即可[1,2]。

图2 ALR121模块二线制接线图

系统总体硬件网络如图3所示。 操作站通过工业以太网与横河DCS连接,每块ALR121模块集成了两路通信接口, 故配置两块ALR121模块,通过屏蔽双绞线与3套PLC从站连接,每个从站均由电源模块PS307、CPU 312和通信模块CP341组成。

图3 总体硬件网络图

3 软件

3.1 PLC组态

3.1.1 硬件模块添加

PLC编程采用SIEMENS的STEP7软件。 为实现CP341模块Modbus-RTU从站通信功能,需同时安装CP341模块通信插件CP PtP Param和Modbus从站的驱动程序CP PtP Modbus Slave 。 插件安装完成后,打开STEP7软件新建项目,进入硬件配置界面, 在规定的卡槽位置依次添加电源模块PS307、CPU 312和通信模块CP341,添加完成后的界面如图4所示。

图4 PLC系统硬件配置界面

3.1.2 设置Modbus从站

点击CP341通信模块, 进入参数配置界面,在该界面左上角的Protocol 栏中选择Modbus Slave将PLC设置为从站,设置完成后的界面如图5所示。

3.1.3 通信参数设置

双击图5Protocol下的信封图标进入Modbus-Slave参数配置界面(图6),配置从站地址为2,另外两台PLC从站地址分别为3和4; 然后配置比特率9 600,数据位8,停止位1,奇偶校验位none。

图5 Modbus Slave从站配置图

图6 CP341参数配置界面

3.1.4 编写通信程序

打开软件OB1编程界面, 从库中调用Modbus从站功能块DB80(图7),根据通信内容设置模块各引脚参数,模块接线端子说明见表2。

图7 Modbus从站功能块DB80

表2 Modbus从站功能块DB80接线端子说明

3.2 横河DCS组态

3.2.1 硬件模块添加

打开横河DCS编程软件,添加ALR121通信模块,如图8所示。

图8 添加ALR121通信模块

3.2.2 通信参数设置

选择串口通信协议为Modbus,进入参数配置界面(图9)设置参数,比特率为9 600,数据位为8,停止位为1,奇偶校验位为none。 此处通信参数设置应与PLC从站一致。同时,设置接线方式为二线制[3]。

图9 ALR121参数配置界面

3.3 系统调试

观察ALR121通信模块上接收、发送指示灯状态是否正常。 在编程软件中调出Process Report,观看数据发送情况,如果显示为“1”,则表示有数据发送过来。在横河DCS软件中绘制流程界面(图10),显示数据读取成功[4]。

图10 流程界面

4 结束语

笔者根据工业生产中的实际问题,以Modbus-RTU作为通信协议,通过硬件设计、平台搭建、软件组态、 通信编程, 阐述了横河DCS与SIEMENS PLC系统的通信过程。通信方案实施后,可直接通过横河DCS远程对现场冷冻机组设备进行控制,弥补了PLC就地控制的不足, 减轻了人力劳动强度,对生产线的平稳运行有重大意义。

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