EDPF-NT Plus系統在污泥處理裝置中的Modbus RTU總線網絡的設計與實現

段彤

（北京國電清新環保技術股份有限公司，北京 100142）

0 引言

EDPF-NT Plus系統問世以來，在火電系統的機組控制的應用上獲得了巨大成功。本次在鹽倉污水處理廠污泥處理裝置中，通過EDPF-NT Plus的通訊模塊再通過Modbus-RTU總線對制氧機、電磁加熱器、電熱管加熱器等成套設備進行控制和監視，是EDPF-NT Plus系統在污水處理領域應用的一個重要嘗試。提供了既利用EDPF-NT Plus系統的控制算法豐富、人機界面友好、運行安全可靠等特點，又最大程度地發揮裝置中各分系統的效能，節約投資的一個設計思路。

1 國電智深EDPF-COMII通訊模塊概述與接線方式

EDPF-COMII通訊模塊是國電智深EDPF-NT分布式網絡測量單元，具有4個RS485串口，1個RS232串口。其中，兩個RS485串口用HDLC協議和DCS的DPU（Distributed Control Unit）通訊，剩下兩個RS485串口可獨立設定為Modbus總線的主站或從站。

每一路串口通道最多可以帶32個從站（slave），每個COM-II通訊模塊有1028個寄存器。其中，0～128的寄存器為數字量、模擬量混用寄存器，128～1028的寄存器為模擬量專用寄存器。如果0～128個寄存器完全用于數字量使用,則可以有128×16=2048個數字量。這剩下的兩個和外部設備通訊的RS485接口可以共用這個通訊模塊中的1028個寄存器。

RS485接口與S7-200PLC接線的拓撲結構如圖1所示，一路RS485接口可以構成一個Multidrop的串口總線。作為從站（slave）的電加熱器、制氧機、電磁加熱器的S7-200PLCCN系列的PLC，并行連接到RS485的主干通道上。其中電加熱器的從站地址（Node）為20、制氧機的從站地址（Node）為21、電磁加熱器的從站地址（Node）為22。

圖1 COMII通訊模塊與電加熱器、制氧機、電磁加熱器通訊的拓撲結構圖Fig.1 The Network Topology of the COMII Module and Heater,Oxygenator,as well as Galvanothermy Tube

圖2 模塊SAMA圖Fig.2 The module SAMA diagram

圖3 超級終端輸入指令界面Fig.3 The instructions interface of hyper terminal

2 通訊模塊的參數設置和模塊SAMA圖組態及邏輯SAMA圖組態

EDPF-COMII模塊配有單獨的RJ11的監控口，用戶可以通過它，利用專用的RS232的電纜和Window2000或WindowXP的超級終端（如圖3所示），對Modbus任務進行設置，并監視、檢查EDPF-COMII模塊的運行狀態。

2.1 通訊模塊的基本參數的設置

首先確定S7-200PLC的串行接口的通訊參數：通訊速率為9600，無奇偶校驗位、8位數據位[1]，然后用S命令設定COMII通訊模塊的參數：#S=COM2 9600 N 8 1 1 M 1000，和S7-200PLC的通訊參數相對應。上述命令共有7項，其中第0項表示要設定的端口號；第1項表示要設定通訊口的波特率，除本端口設定的9600bit/s外，還支持19200bit/s、57600bit/s、115200bit/s等；第2項表示奇偶校驗，0表示奇校驗，E表示偶校驗，N表示無校驗；第3項表示8位數據位；第4項表示1位停止位；第5項的意思如下：通訊模塊作為主站時無意義，通訊模塊作為從站時表示從站的地址，可以隨意設定；第6項表示此通訊口設定為主站模式（master）還是從站模式（slave）；第7項表示此串口每項通訊任務執行正確后的延長時，這里為1000×2ms=2s。

2.2 以電熱管加熱器為例的COMII通訊模塊的SAMA圖組態

如圖2所示，國電智深EDPF-NT Plus系統的模塊組態和邏輯組態基于Visio平臺。在Visio的IO模具中找到COMAI、COMAO、COMAO的模塊。然后拖入到Visio的空白處，其中COMAI在系統的屬性中選擇主模塊地址為18，卡件的位置為C6（第C排的第6個）。主模塊寄存器起始地址為1000；COMAO的主模塊地址為18，卡件的位置為C6，主模塊寄存器的起始地址為1064，第二塊COMAO的起始地址為1128（模擬量占用兩個寄存器）。和普通的數字量和模擬量不同的是，COM通訊模塊依據對其寄存器分配情況，可以在模塊組態中對應多個虛擬模塊。因為S7-200PLC的通訊模塊的寄存器需要接收的是整數型數據，所以這里選擇的數據類型為uint16。

2.3 通過Windows超級終端對通訊模塊的寄存器進行設置

2.3.1 Modbus的功能碼中W命令的格式

W命令在“=”后面有0～7，共8個參數項，命令的格式為

評語集N={優，良，中，差}，其中，優(4分)，良(3分)，中(2分)，差(1分)；權重集X={0.15,0.35,0.20,0.30}，即色澤15分，口感35分，組織狀態20分，風味30分，共100分。

COM1 TASKID(0～255) SLAVEADDR(1～128) FUNC SAddr NRegs MemSAddr TOver[2]

其中，參數的含義如下：

第0項為要設定的通訊端口號，在本項目中本文用通訊模塊的第二通道與加熱器相連。所以，在第0項設定為COM2；TASKID(0～255)表示從第0個任務開始的任務列表；SLAVEADDR(1～128)表示COM模塊要訪問的設備地址，在Multidrop的模式下，電加熱器S7-200PLC中已經設定好的設備地址為20，此處設定也為20。

FUNC是命令功能代碼：

功能碼1：讀取從站的只讀線圈狀態（00001按位寫至內存）。

功能碼2：讀取從站只讀開關量狀態（10001按位寫至內存中）。

功能碼3：讀取從站中保存寄存器（40001）開始的內容寫至內存中。

功能碼4：讀取從站模擬量寄存器（50001）開始的內容寫到內存中。

功能碼5：讀取COM模塊中內存的數據，僅從0～127個寄存器中某一位中讀取。

功能碼16：讀取COM模塊中的內存數據，寫至從站中（40001）開始的保存寄存器[3]。

SAddr：Multidrop總線網絡的下面各S7-200PLC的寄存器或線圈的起始地址，輸入數值=起始地址-4000，如果起始地址為4006，則輸入的數值應為6。

圖4 點記錄編輯界面一Fig.4 The 1st interface of point editor

圖5 點記錄編輯界面二Fig.5 The 2nd interface of point editor

圖6 邏輯SAMA圖Fig.6 The logic SAMA diagram

NRegs：讀寫寄存器或者線圈的數量。

MemSAddr：表示輸入輸出數據位對應的EDPF-COMII模塊內存區起始地址。

Tover：通訊任務等待超時（單位時間為2ms）。

2.3.2 FUNC命令3號功能碼的使用

例如#W=COM2 0 20 3 6 1 1000 1000，這個命令行表達的意思是：設定的通訊模塊的端口號為COM2，第0個任務，讀取的從站為Multidrop的第20號站，讀取從站中4006寄存器的狀態，存入COM通訊模塊中地址為1000的寄存器中，通訊任務的等待超時為2ms×1000=2s。

2.3.3 FUNC命令16號功能碼的使用

例如#W=COM2 15 20 16 0 1 1064 1000，這個命令行表達的意思是：設定的通訊模塊的端口號為COM2，第15個任務，從站為Multidrop的第20號站，將COMII通訊模塊中1064的寄存器中的內容，寫入S7-200PLC中地址為4000的寄存器中，通訊任務的等待超時為2ms×1000=2s。

2.4 利用點記錄編輯器對COM模塊點增加點

和增加普通模塊的點一樣，也可以用點記錄編輯器給COM模塊增加數字量點和模擬量點。設置點名為2COM1064（見圖4），選擇的模塊為DPU_C6_1064（見圖2），選擇的通道為1，因為S7-200PLC的地址表為4000的寄存器要求量程的范圍是（32000～6400），所以在圖5的信號上下限設定：32000～6400（這一點和普通的硬接線點不一樣）；在量程上下限設定：32000～6400。

2.5 對COMAO模塊中的點進行SAMA邏輯組態

圖6為邏輯SAMA圖，圖形的左邊是模擬量算法和開關量算法選擇庫，功能塊T為轉換模塊，當虛線的選擇的箭頭的邏輯為1時，Y引腳的邏輯就處于導通狀態[4]。SH999_TEMPT和MANUAL_AUTO1兩個中間數字量點同時為1時，現場加熱器所控制的溫度-氧化反應器的反應區溫度TI103_TE通過折線函數f(x)自動給2COM1064賦值；如果SH999_TEMPT和MANUAL_AUTO1兩個中間數字量點有一個為0時，則可以進行手動賦值。這樣，通過Mulidrop網絡，COM_II通訊卡的第1064個寄存器內的整數數據，就可以傳到S7-200PLC的以4000為起始地址的寄存器中。經S7-200PLC轉換后，通過AO通道給可控硅控制器的輸出賦值，完成調功加熱工作。

3 結束語

在污泥處理中，利用DCS的通訊模塊與分系統的PLC采用Multidrop方式通訊有如下優點：

可以保持原有分系統的完整性。各個分系統的廠家對其設備非常熟悉，在配置參數的時候，必然采取最佳方案，尤其是制氧機、電熱管加熱器等較為復雜的分系統，采用其生產廠家配套的PLC進行數據采集、參數控制，就更加安全、精確、迅速。這就避免了因DCS組態人員對于分系統的工藝、設備不熟悉或者硬件配置上的失誤而延長調試時間或在調試過程中造成不必要的設備損壞或人員傷害。

可以大量節省DCS硬件投資。以此次鹽倉污泥處理項目為例，如果所有的信號都通過硬接線接入DCS，就會需要大量的電纜。經過計算,電加熱器、制氧機、電磁加熱器的S7-200PLC的投資也遠小于所需增加的DCS模塊的投資。

[1]張子榮.S7-200PLC的Modbus RTU的從站通訊在化工火炬中的應用[J].中國石油化工標準與質量,2012,4:22-23.

[2]北京國電智深控制技術有限公司,EDPF-NT Plus通訊模塊COMII使用手冊[Z].2009,4:5-8.

[3]呂國芳,唐海龍,李進.基于Modbus RTU的串口調試軟件的實現[J].計算機技術與發展,2009,(19)9:236-239.

[4]北京國電智深控制技術有限公司,EDPF-NT Plus控制算法參考手冊[Z].2010,12:162-166.