高中获奖科技论文(2)
高中获奖科技论文篇二
Modbus通讯协议在DCS与PLC通讯中的应用
【摘要】本文介绍了MODBUS协议具有侦错能力强、数据传输量大、实时性好等特点，因此成为自控领域使用非常广泛的通讯语言，介绍了Honeywell TPS系统与Siemens PLC.通过MODBUS协议进行实时通讯的设计和井发，介绍了MODBUS协议的特点和应用过程，对两系统硬建设置、软利组态以及调试方面作了较为详细的介绍。
【关键词】Modus通信协议;分散型控制系统;数据共享
0.前言
工业控制己从单机控制走向分散控制，并走入网络时代。工业控制网络为数据采集、工业控制提供了方便，节省了成本，提高了性能。实际应用中，往往需要不同厂家控制系统的数据共享，或某集成系统不能满足控制需要而额外加系统，需要将2种不同系统进行互联。
1.Modbus协议简介
Modbus协议是应用于控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器和其他设备之间可以进行通信。它己成为一种通用工业标准。通过Modbus 协议，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络。
标准的Modbus 协议使用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、奇偶校验等。控制器能直接或经山Modem组网。Modbus协议将通讯参与者规定为“主"(Master)和“从”(Slave)。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、错误检测域。设备(或广播)地址提供从机地址，从机根据地址判别是否接收请求，以做出相应响应，用户必须设置每台从机的地址。功能代码告诉从机该完成什么样的动作，例如功能代码3表示读取从机保持寄存器并返回其中的内容，数据区的内容就必须包括从机的寄存器地址，需要读的寄存器的个数。错误校验域用于校验信息是否正确传输，采用循环冗长检测方法，CRC域附加在消急的最后，添加时先是低字节然后是高字节。故CRC的高位字节是发送消息的最后一个字节。
2.通信系统硬件组成及连接
Modbus 协议运行在RS-232/RS-485标准的接口系统中，实际应用中，可根据现场情况决定用哪一种:RS-232只能实现一对一的连接，其传输速率局限于20 Kbps,并且传输距离在没有Modem的情况下只有15m左右(用户可以用Modem扩展传输距离);RS-485最多可驱动32台设备，其传输距离在100 Kbps时可达1200m。
TPS系统的RS-485接口最多可以连接15个设备，连接方法可参考手册，终端要有120Ω的终端电阻。
3.通信系统硬件组态及编程
3.1 TPS系统组态
首先对SI IOP进行组态。在HPM(APM)控制功能组态中有以下一些参数与通讯有关:
NNUMERIC：Numeries量的最大个数，要求为16的倍数。
NSTRING：Strings量的最大个数，要求为16的倍数。
NTIME：Times量的最大个数，要求为32的倍数。
NARRSLOT：最大可以设置256个A rray点，其中最多80个可用于SI卡。
SCANPER：指明HPMM(APMM)以多长的周期扫描SI数据并把它们打包进Array点中，此参数影响到A rray点的最大设置量。当扫描周期为1s时，A rray点最多为80个;当扫描周期为0.5s时，Array点最多为40个;当扫描周期为0.25s时，Array点最多为20个。
组态画面的第2页组态Array点的类型、大小和起始地址索引。注意每种点的类型不能超过其规定的大小。其起始地址可为。0-99999之间的任意数值，TPS系统通过起始地址定义Modbus功能号和数据传送地址，其中最高位决定所选用Modbus功能号，低4位为Modbus功能号读/写数据的地址。
3.2 Siemens PLC中的组态与编程
CP341/CP441-2模块是西门子S7-300/400系列PLC中支持Modbus串行通讯的模块，CP341有1个(CP441-2有2个)串行通讯口(RS-232C或TTY或RS-485/422)。以使用这种通讯模块实现S7 300/400与Modbus主从站通讯，该系统使用CP341。要实现Modbus通讯时，需要在CP341/CP441-2模块上插入相应协议的硬件狗，CP模板才能够支持Modbus(RTU格式)。
首先安装STEP7 5.x软件和CP34.x模板所带的软件驱动程序。模板驱动程序包括了对CP341进行参数化的窗口、用于串行通讯的FB程序块、模板不同应用方式的例子程序，CP341模板手册的附录B中说明了CP模板通讯口的针脚定义。当系统上电，CP341模板初始化完成后，SF灯点亮;断电，在CP模块上插入Modbus从站硬件狗，然后安装Modbus从站软件包，安装完软件包后，就可在项目中组态Modbus从站，双击CP341模块，记录下模板的硬件地址(编程时用到此参数)，在模块的属性窗口中点击Parameter:按钮，选择Modbus从站协议，将PC和PLC连接起来，PLC上电，点击Load Drivers图标，弹出装载驱动窗口:点击Load Drivers按钮，完成从站驱动安装过程，进行Modbus驱动装载的时候,PLC必须处于STOP状态。再双击信封图标，打开Modbus从站参数设置窗口，具体设置参数有波特率、数据位、奇偶校验位、停止位、从站地址等。
设置完参数后进行编程，FB80是CP341的Modbus通讯功能块，Modbus通讯功能块用DB80作为其背景数据块。FB 180是CY441-2的Modbus通讯功能块，其背景功能块为DB180，这2个功能块必须在用户程序的循环程序中运行(通常为081)。在081中调用FB80/ FB180，设置其输入输出参数，FB80和FB 180中参数具体可参考手册。
PLC每一次冷启动后必须进行1次Modbus功能块初始化设置，具体体现为给CP_STA-RT 1个上升沿触发信号，OB100为PLC冷启动后执行的第1个功能块，此处OB100是为通讯进行一些初始化设置。Modbus通讯功能块调用FB 7 "PRCV_RK"(Receive data)和FB 8“P_SN D_RK"(Send data)(CP341)，SFB BSEN D( CP 441-2)进行CP和功能块之间的通信，故相应的功能块也应组态在工程中并下装到CPU中。
4.结束语
目前DCS在石化企业中应用相当广泛，但在一些场合，比如开关量较多、安全可靠性要求不是很高、信号比较集中等场合，DCS并不是最佳选择，这时候也可以考虑PLC和DCS相结合的方法。使用这种方法，不但减小了TPS系统的控制负荷，提高了控制精度，而且费用较低，起到了良好的经济效益。 [科]
【参考文献】
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[3]黄能把,骆仕添.基于Modbus协议的Siemens PLC应用系统.微型计算机信息.2004,(7):26.
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