MODBUS在过程控制系统中的应用

复。不过，MODBUS配置并没有规定设备供应商必须怎样映射这些数据以及必须把这些数据映射在存储器的哪个部分。下面是一个比较常见的例子，用来说明理论上一个供应商可能怎样映射不同类型的过程变量数据。

　　离散量输入和输出是1-bit数值，并且每一个这种变量都有一个明确的地址。模拟量输入(也被称为“输入寄存器”)被存储在16-bit寄存器里面。只需利用这些寄存器当中的两个寄存器，MODBUS就可以支持IEEE 32-bit浮点格式。保持寄存器也是16-bit内部寄存器，可以支持浮点格式。

　　MODBUS配置定义了在寄存器映射里面的数据。假定设备供应商遵从了MODBUS规格书的要求(并非所有设备供应商都如此)，那么MODBUS主设备就可以很容易的获取所有遵从规格书规定的数据。在很多案例当中，设备供应商公布了存储器的映射位置(参见表2)，这样就使得编程人员可以很

　　容易的为主设备与从设备之间的通讯进行编程。

　　表2：大多数MODBUS兼容设备(例如来自于Moore Industries公司的TMZ温度变送器)的说明书或者操作手册都公布了关键变量在存储器映射里面的地址。TMZ温度变送器的地址遵守了MODBUS规格书的要求。

　　读取和写入数据

　　MODBUS拥有最多255个功能代码，但是01(读取输出量)、02(读取离散输入)、03(读取保持寄存器)以及04(读取输入寄存器)是最为常用的读取功能代码，这些代码被用来从MODBUS从设备采集数据。

　　假如设备遵从了MODBUS配置的要求，那么设定主设备读取和写入数据、检查状态、获取诊断信息以及执行各种控制和监视功能的编程任务就变得非常简单了。

　　在大多数工厂里，现场仪表采用单独的控制室直连对绞线电缆连接到控制系统(见下图)。当仪表设备被连接到一种分散式I/O系统(例如来自于Moore Industries公司NCS系统)的时候(见中图)，你可以增加更多的现场设备，但是仅仅需要一根对绞线电缆就可以把所有数据传送到MODBUS主站。在多个NCS系统以MODBUS网络的方式组网连接的时候(见下图)，整个工厂的连接都能够从对绞线电缆控制室直连的方式转变成为MODBUS连接方式。

　　图2：控制室直连电缆 vs MODBUS

　　图3：对等网连接模式。在某些案例当中，控制系统不能处理MODBUS信号。在这种情况下，可以采用使用双重NCS设备的对等网解决方案，仅用一根MODBUS电缆就可以替代所有的控制室直连电缆。来自第二个NCS的模拟量输出再通过硬接线直接连接到控制系统的I/O盘。

　　连接MODBUS设备

　　最容易的一种把现场设备连接到一个过程控制系统、PLC或是工业计算机系统的方法，就是简单的把数字量以及模拟量I/O连接到一个具有MODBUS通讯能力的分散I/O系统里面。例如来自Moore Industries公司的NCS(Net Concentrator System)系统允许用户对模拟量和数字量信号进行远程连接，然后再通过双绞线连接到一个MODBUS主设备。多个NCS系统可以安装在全厂的几个不同的地点，都通过MODBUS进行连接(参见图2)。

　　这个解决方案即适合于新的工厂，也适用于现存的工厂。在许多现有的工厂里面，现场仪表设备通常是采用多芯电缆连接到DCS或者PLC系统的，每个设备都通过单独的对绞电缆把模拟信号传送出去。采用NCS系统，只需要这些电缆中的一个用来传送MODBUS信号就可以了。假如工厂想要增加额外的现场仪表设备，却不想安装更多电缆(电缆安装费用通常为每英尺100美元)的时候，这种解决方案就特别有用。一套分散I/O系统就可以满足所有现存仪表I/O的需要，或者仅仅用它来传送来自于所有新增现场仪表设备的数据。

　　在有些案例当中，控制系统不能处理MODBUS的信号。例如现有的控制系统有可能是为处理4到20毫安模拟量I/O和直接接线的数字量I/O而定制的，并且为现有的老系统进行重新编程使其支持MODBUS也非常困难。通常，用户一般并不倾向于通过铺设新电缆或是购买昂贵的MODBUS接口卡件来将新增加的远程信号接入到系统中，因为对MODBUS接口卡件进行重新编程费用很高。在这种情况下，一种对等网络方案(peer to peer)可以很好的解决问题。例如来自Moore Industries公司的CCS(Cable Concentrator System)和NCS(Net Concentrator System)系统就都具备对等网络通讯能力。

　　NCS和CCS系统与一套分散I/O模件十分相似，但是具有更强的内建智能。并且NCS和CCS系统既可以被设置成对等网络模式，也可以被设置成主从网络(peer to host)模式。

使用一套对等网络模式的NCS系统(参见图3)，配置了两个网络集中器;一个安装在现场，另一个安装在控制室。现场仪表被连接到远程的那个NCS。这个远程NCS与控制室里的NCS之间通过一根双绞线进行连接。然后控制室NCS的输出再