高中獲獎科技論文(2)
高中獲獎科技論文
高中獲獎科技論文篇二
Modbus通訊協議在DCS與PLC通訊中的應用
【摘要】本文介紹了MODBUS協議具有偵錯能力強、數據傳輸量大、實時性好等特點，因此成為自控領域使用非常廣泛的通訊語言，介紹了Honeywell TPS系統與Siemens PLC.通過MODBUS協議進行實時通訊的設計和井發，介紹了MODBUS協議的特點和應用過程，對兩系統硬建設置、軟利組態以及調試方面作了較為詳細的介紹。
【關鍵詞】Modus通信協議;分散型控制系統;數據共享
0.前言
工業控制己從單機控制走向分散控制，并走入網絡時代。工業控制網絡為數據采集、工業控制提供了方便，節省了成本，提高了性能。實際應用中，往往需要不同廠家控制系統的數據共享，或某集成系統不能滿足控制需要而額外加系統，需要將2種不同系統進行互聯。
1.Modbus協議簡介
Modbus協議是應用于控制器上的一種通用語言。通過此協議，控制器相互之間、控制器和其他設備之間可以進行通信。它己成為一種通用工業標準。通過Modbus 協議，不同廠商生產的控制設備可以連成工業網絡。
標準的Modbus 協議使用RS-232C兼容串行接口，它定義了連接口的針腳、電纜、信號位、傳輸波特率、奇偶校驗等。控制器能直接或經山Modem組網。Modbus協議將通訊參與者規定為“主"(Master)和“從”(Slave)。主設備可單獨和從設備通信，也能以廣播方式和所有從設備通信，而從設備之間不能通信。
Modbus協議建立了主設備查詢的格式:設備(或廣播)地址、功能代碼、所有要發送的數據、錯誤檢測域。設備(或廣播)地址提供從機地址，從機根據地址判別是否接收請求，以做出相應響應，用戶必須設置每臺從機的地址。功能代碼告訴從機該完成什么樣的動作，例如功能代碼3表示讀取從機保持寄存器并返回其中的內容，數據區的內容就必須包括從機的寄存器地址，需要讀的寄存器的個數。錯誤校驗域用于校驗信息是否正確傳輸，采用循環冗長檢測方法，CRC域附加在消急的最后，添加時先是低字節然后是高字節。故CRC的高位字節是發送消息的最后一個字節。
2.通信系統硬件組成及連接
Modbus 協議運行在RS-232/RS-485標準的接口系統中，實際應用中，可根據現場情況決定用哪一種:RS-232只能實現一對一的連接，其傳輸速率局限于20 Kbps,并且傳輸距離在沒有Modem的情況下只有15m左右(用戶可以用Modem擴展傳輸距離);RS-485最多可驅動32臺設備，其傳輸距離在100 Kbps時可達1200m。
TPS系統的RS-485接口最多可以連接15個設備，連接方法可參考手冊，終端要有120Ω的終端電阻。
3.通信系統硬件組態及編程
3.1 TPS系統組態
首先對SI IOP進行組態。在HPM(APM)控制功能組態中有以下一些參數與通訊有關:
NNUMERIC：Numeries量的最大個數，要求為16的倍數。
NSTRING：Strings量的最大個數，要求為16的倍數。
NTIME：Times量的最大個數，要求為32的倍數。
NARRSLOT：最大可以設置256個A rray點，其中最多80個可用于SI卡。
SCANPER：指明HPMM(APMM)以多長的周期掃描SI數據并把它們打包進Array點中，此參數影響到A rray點的最大設置量。當掃描周期為1s時，A rray點最多為80個;當掃描周期為0.5s時，Array點最多為40個;當掃描周期為0.25s時，Array點最多為20個。
組態畫面的第2頁組態Array點的類型、大小和起始地址索引。注意每種點的類型不能超過其規定的大小。其起始地址可為。0-99999之間的任意數值，TPS系統通過起始地址定義Modbus功能號和數據傳送地址，其中最高位決定所選用Modbus功能號，低4位為Modbus功能號讀/寫數據的地址。
3.2 Siemens PLC中的組態與編程
CP341/CP441-2模塊是西門子S7-300/400系列PLC中支持Modbus串行通訊的模塊，CP341有1個(CP441-2有2個)串行通訊口(RS-232C或TTY或RS-485/422)。以使用這種通訊模塊實現S7 300/400與Modbus主從站通訊，該系統使用CP341。要實現Modbus通訊時，需要在CP341/CP441-2模塊上插入相應協議的硬件狗，CP模板才能夠支持Modbus(RTU格式)。
首先安裝STEP7 5.x軟件和CP34.x模板所帶的軟件驅動程序。模板驅動程序包括了對CP341進行參數化的窗口、用于串行通訊的FB程序塊、模板不同應用方式的例子程序，CP341模板手冊的附錄B中說明了CP模板通訊口的針腳定義。當系統上電，CP341模板初始化完成后，SF燈點亮;斷電，在CP模塊上插入Modbus從站硬件狗，然后安裝Modbus從站軟件包，安裝完軟件包后，就可在項目中組態Modbus從站，雙擊CP341模塊，記錄下模板的硬件地址(編程時用到此參數)，在模塊的屬性窗口中點擊Parameter:按鈕，選擇Modbus從站協議，將PC和PLC連接起來，PLC上電，點擊Load Drivers圖標，彈出裝載驅動窗口:點擊Load Drivers按鈕，完成從站驅動安裝過程，進行Modbus驅動裝載的時候,PLC必須處于STOP狀態。再雙擊信封圖標，打開Modbus從站參數設置窗口，具體設置參數有波特率、數據位、奇偶校驗位、停止位、從站地址等。
設置完參數后進行編程，FB80是CP341的Modbus通訊功能塊，Modbus通訊功能塊用DB80作為其背景數據塊。FB 180是CY441-2的Modbus通訊功能塊，其背景功能塊為DB180，這2個功能塊必須在用戶程序的循環程序中運行(通常為081)。在081中調用FB80/ FB180，設置其輸入輸出參數，FB80和FB 180中參數具體可參考手冊。
PLC每一次冷啟動后必須進行1次Modbus功能塊初始化設置，具體體現為給CP_STA-RT 1個上升沿觸發信號，OB100為PLC冷啟動后執行的第1個功能塊，此處OB100是為通訊進行一些初始化設置。Modbus通訊功能塊調用FB 7 "PRCV_RK"(Receive data)和FB 8“P_SN D_RK"(Send data)(CP341)，SFB BSEN D( CP 441-2)進行CP和功能塊之間的通信，故相應的功能塊也應組態在工程中并下裝到CPU中。
4.結束語
目前DCS在石化企業中應用相當廣泛，但在一些場合，比如開關量較多、安全可靠性要求不是很高、信號比較集中等場合，DCS并不是最佳選擇，這時候也可以考慮PLC和DCS相結合的方法。使用這種方法，不但減小了TPS系統的控制負荷，提高了控制精度，而且費用較低，起到了良好的經濟效益。 [科]
【參考文獻】
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