用Modbus协议实现DCS与PLC之间的串行通讯

1 引言

万立氧空分装置是2008年辽化公司20万吨环氧乙烷/乙二醇改造的配套项目,该装置仪控系统采用了先进的Honeywell PKS集散控制系统来实现对整个装置的各系统及主要设备的工艺参数的监控,并实现各主要操作阀门、切换阀门的自动控制或遥控操作，以及必要 的联锁保护措施。氮压机选用Ingersoll—rand的CENTAC 3C70MX5N2型压缩机,该压缩机配置独立的控制系统CM C控制器,为了有效的监控氮压机的运行参数,我们利用Modbus协议实现了Honeywell PKS集散系统与Ingersoll—rand CM C可编程序控制器之间串行通讯。

2 Modbus协议简介

Modbus是Modicon公司于1 979年提出的一种通信协议,经过多年的实际应用,已经成为一种应用于工业 控制器上的标准通信协议。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。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了控制器请求访问其它设备的过程，以及怎样侦测错误并记录，它制定了消 息域格局和内容的公共格式[5]。当在Modbus网络上通 信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地 址,识别按地址发来的消息,决定要产生何种行动。如果需要回应,控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。标准的Modbus口是使用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。控制器能直接或经由MOdem组网。

2.1 Modbus报文

如图1所示,Modbus通信使用主从技术,即仅设备 (主设备)能初始化传输(查询)。其它设备(从设备)根据主设备查询提供的数据作出相应反应。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。如果 单独通信，从设备返回消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。Modbus协议建立主设备查询的格式：设备(或广播)地址、功能代码、所有要 发送的数据、错误检测域。从设备回应消息也由Modbus协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回 的数据、和错误检测域。如果在消息接收过程中发生错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立错误消息 并把它作为回应发送出去。

2.2 Modbus传输I方式

Modbus协议有两种传输模式ASCII(美国标准信息交换代码)或RTU(远程终端单元)。它定义了在这些网络上连续传输的消息段的每一位,以及决定怎样将信息打包成消息域和如何解码。用户选择想要的模式,包括串口信参数(波特率、校验方式等),在配置每个控制器的时候,在一个Modbus网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。ASCII模式通信的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误。RTU模式通信的主要优点是：在同样的波特率下,可比ASCII方式传送更多的数据。

2.3错误检测方法

标准的Modbus串行网络采用两种错误检测方法。奇偶校验对每个字符都可用，帧检测(LRC或CRC)应用 于整个消息。它们都是在消息发送前由主设备产生的,从设备在接收过程中检测每个字符和整个消息帧。

用户要给主设备配置一预先定义的超时时间间隔，这个时间间隔要足够长，以使任何从设备都能作为 正常反应。如果从设备测到一传输错误，消息将不会 接收，也不会向主设备作出回应。这样超时事件将触 发主设备来处理错误。发往不存在的从设备的地址也 会产生超时。

3 CMC控制器

CM C控制器是Ingersoll—rand CENTA C 3C70MX5N2型压缩机随机配置的可编程序控制器，用来管理氮压机各种压力的控制和监控功能，以及控制辅 助设备，如主电机启动器，润滑油加热器和预润滑油泵。 其功能如下：

·多功能LED显示屏显示数据和工作状态。

·完成多种性能控制：卸载，调制和自动一双重工 作方式。

·先进的喘振监测与控制。

·高电流限制，用于主驱动电机保护。

·快速指示和事件纪录，有助于确定压缩机跳闸的 根本原因。

CM C控制器提供RS422/RS485串行通讯接口，通 过MODBUS协议与具有RS422/485端口的系列装置通 信，以适应远程遥控和监控的需要。

利用MOdbus协议www.cechina.cn，我们采用RTU通讯模式，把 CM C控制器作为从设备，设备地址设置为2，通讯波特 率为9600，校验方式为奇校验，通讯方式为全双工。

4 PKS系统的通讯功能

PKS系统是Honeywell公司推出的新一代DCS系 统，全称为Experion Process Knowledge Solution System，它支持多种类型的控制器通讯，例如Modicon PLCS，Honeywell 9000系列和Alien—Bradley，并可以灵 活的采用多种连接方式。如果控制器本身带网络接口，可以直接连接到网络上，