Modbus通讯协议在DCS与PLC通讯中的应用

潘学思

摘 要：Modbus通讯协议作为应用于控制器的一种通用语言，不仅具有着实时性强、数据传输量大的特点，同时还能够实现不同控制系统或控制系统与控制设备间的有效通讯，在自控领域的应用十分广泛。基于此，本文对Modbus通讯协议进行了简单介绍，同时从DCS系统与PLC通讯的角度出发，对Modbus通讯协议在系统互联通讯领域的具体应用展开了探讨，希望能够为DCS系统与PLC间的有效互联提供一定借鉴。

关键词：Modbus通讯协议;DCS;PLC

引言：在工业自动化发展趋势下，当前工业生产中的控制系统虽然已经从单机控制转向分散控制，并在生产成本降低、系统性能提升等方面取得了较为理想的效果，但由于分散控制往往需要在不同控制系统间实现数据共享，如集成系统无法满足实际控制需求，有时还需要额外增设新系统，因此如何实现不同控制系统间的互联，仍然成为了工业控制领域所面对的重要问题，而对于Modbus通讯协议的应用，则正是解决这一问题的有效途径。

1.Modbus通讯协议概述

Modbus通信协议最早出现于1979年，是世界范围内首个应用于工业现场实践的总线协议，通常应用于电子控制器，具有着标准、开放、支持多种接口、帧格式简单等特点，能够为电子控制器间或控制器与设备间的通信提供重要支持[1]。一般来说，由于Modbus通信协议能够制定消息域格局和内容的公共格式，并对控制器请求访问控制设备、回应设备请求、侦测错误的过程进行准确描述，因此无论是在何种通信网络下，其定义的消息结构都能够为电子控制器所识别，并确定发出消息的设备地址，进而根据消息内容及设备来做出相应的控制行动。另外，如电子控制器需要对发出消息的设备进行回应，还可以将其他网络上包含Modbus协议的消息转换为适应Modbus网络的帧或包结构，为路由路径、错误检测等问题的解决提供支持。

2.基于Modbus通讯协议的DCS与PLC通讯实现方法

2.1 通信系统硬件组成

从现阶段的技术条件来看，Modbus通讯协议虽然可以支持多种电气接口，但通常都是以RS-232、RS-485两种为主，由于两种接口各有优劣，因此在实际应用阶段，还需根据实际应用需求来对其进行合理选择。例如RS-232接口系统通常用于电子控制器间或电子控制器与控制设备间的一对一连接，可同时进行通讯消息的收发，能够保证较高的通讯效率，但传输速率相对较低（通常在20kB/s左右），传数据率也比较短（一般为15m），如能够保持同步运行，则可支持设备上限为8台。而RS-485接口系统则属于一对多的连接关系，相较于RS-232接口系统，在传输速度与传输距离方面均具有比较明显的优势（传输距离可达1200m，传输速率高于100kB/s），可支持设备上限也达到了32台，但无法实现通讯消息的同时收发，兼容性也不如RS-232接口系统[2]。在确定接口系统后，可通过RS-232或RS-485接口对设备进行连接，具体连接方法应以参考手册作为标准，对于需要连接的控制设备，还要提前设置好单独的终端电阻装置。

2.2 DCS系统组态

确定通信系统硬件组成与连接方法后，为满足DCS系统的组态要求，还要借助工程师站的相关权限对系统组态加以修改，对卡件名称、类型、型号、地址等信息进行设置，之后再完成串行通讯控制、自定义变量设置、图形编辑使用等操作。其中串行通讯设置是指确定与串行设备一致的波特率及通讯方式，以免使从站地址出现冲突。自定义变量设置则是指根据DCS系统中其他控制站的变量名，设置好控制卡内部的变量字节与数量，以免出现变量名冲突的情况。图形编辑使用需要依托图形编辑指令，完成通讯数据转换、数据运算等工作，对于涉及其他控制站数据的通讯消息，还要通过控制站间的通讯来实现数据共享、变量调用，之后再进行通讯数据转换、运算[3]。此外，由于，Modbus通讯组态所使用的方式可分为两种，因此在进使用图形编辑的同时，还要调用SCX语言来完成相关程序的编写，为控制站与串行设备间的数据共享提供支持，并对保持寄存器进行读写，使保持寄存器的变量数量、地址等能够与控制卡内部的通讯数据组保持一致。需要注意的是，由于控制卡所带串行设备的地址必须要区别开来，因此在组态过程中，必须要保证与串行设备连接的Modbus通讯具备地址识别能力，如同一控制卡中的某台串行设备接口使用了与其他设备不同的接口，还要额外安装借口转换模块（通常为RS-232与RS-485接口互转），以便于实现串行设备间的有效连接。

2.3 PLC下组态

完成DCS系统组态后，还需选择能够支持Modbus通讯协议的操作模块，以满足主从站间的实际通信需求，对于操作模块的具体选择同样需要根据具体应用需求而定，目前以西门子CP341/CP441—2模块最为常见。而基于选择好的操作模块，则需要安装相应的软件驱动程序、插入硬件狗，并保证硬件狗能够与Modbus通讯协议相对应，为*.rtu格式数据信息的读取体用支持，软件驱动程序的覆盖运行内容通常应包括FB程序模块、针脚定义标准、参数化处理窗口等。之后，还要分别在通电与断电状态下完成模块初始化、从站软件包安装等工作，之后再正式启动程序，完成对模板硬件地址参数的设置记录，具体参数包括数据位指标、奇偶校检位指标、波特率指标等，并通过简单的手动操作来实现单机与PLC在的有效、可靠连接[4]。

2.4 通讯测试

在分别完成DCS系统与PLC下的组态后，为确定DCS与PLC间的通讯已经实现，还需采用Modbus通讯测试软件来进行测试。通讯测试过程中应利用软件功能分别对主站与从站进行模拟，并同PLC和DCS系统进行信息发送、报文接收等方式的通讯，如确定通讯情况一切正常，则可确定DCS与PLC通讯实现，反之则需要继续查看通讯情况异常的原因，并及时对通信系统进行调试。

结束语：总而言之，Modbus通讯协议的出现与推广应用，为工业控制领域的多控制系统及控制系统与控制设备互联提供了重要支持，但在相关应用实践中，要想真正实现DCS系统与PLC间的互联，并将完善的通讯系统起来，仍然需要对通信系统的硬件组成进行合理选择，同时把握好DCS系统组态、PLC下组态、系统通讯测试等方面的应用要点

参考文献：

[1]熊征伟.基于MODBUS协议的台达PLC控制多台变频器应用研究[J].机械制造与自动化，2019，48（02）：202-205.

[2]王堃，冯敬宇.Modbus通讯协议在自动控制系统中的应用[J].自动化博览，2019，36（03）：80-84.

[3]吴佩发.基于Modbus通讯协议对ABB变频器的冷却塔控制[J].智慧工厂，2018，（07）：55-57.

[4]方爱平.基于Modbus协议的三菱FX3UPLC与智能仪表通讯的探讨[J].自动化应用，2017，（08）：97-98+132.

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