ModBus RTU通信的工程實(shí)踐和思考

葉虎 郭道萌 劉運(yùn)大 張洪剛

摘 ?要：ModBus協(xié)議是應(yīng)用層報(bào)文傳輸協(xié)議，它定義了一個(gè)與通信層無關(guān)的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU），即PDU=功能碼+數(shù)據(jù)域。沙特扎瓦爾電廠的主控系統(tǒng)DCS T3000和生活污水處理系統(tǒng)分別由Siemens AG和METITO供貨調(diào)試，由于雙方的技術(shù)人員不熟悉Modbus RTU通信，該系統(tǒng)的通信調(diào)試一直未成功，并且各方均堅(jiān)持問題出在對方。多次聯(lián)調(diào)失敗后，西門子和Metito均已放棄。最后，經(jīng)過該公司技術(shù)人員的研究處理，成功完成該通信系統(tǒng)投用。

關(guān)鍵詞：光轉(zhuǎn)串口 ?遠(yuǎn)程終端單元RTU ?物理層 ?通信協(xié)議

中圖分類號：TN915 ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）12（b）-0013-02

1 ?ModBus協(xié)議

ModBus協(xié)議能夠應(yīng)用在不同類型的總線或網(wǎng)絡(luò)。對應(yīng)不同的總線或網(wǎng)絡(luò)，ModBus協(xié)議引入一些附加域映射成應(yīng)用數(shù)據(jù)單元（ADU），即ADU=附加域+PDU。

目前，ModBus有下列3種通信方式：（1）以太網(wǎng)，對應(yīng)的通信模式是ModBus TCP。（2）異步串行傳輸（各種介質(zhì)如有線、光纖、無線等），對應(yīng)的通信模式是ModBus RTU或 ModBus ASCII。ModBus的ASCII、RTU協(xié)議規(guī)定了消息、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、命令和應(yīng)答的方式，數(shù)據(jù)通信采用Maser/Slave方式。（3）高速令牌傳遞網(wǎng)絡(luò)，對應(yīng)的通信模式是ModBus PLUS。

此系統(tǒng)就采用了ModBus RTU通信模式。

檢查T3000通信模塊與通道間的硬件配置，發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)問題。

（1）DCS T3000 ModBus通信模塊參數(shù)已配置，但顯示通信中斷。

（2）RS232和RS485光轉(zhuǎn)串口模塊、CP341通信模塊的發(fā)送/接收（TD/RD）LED指示燈均異常（不閃爍）。

（3）主備PLC的CP341通信參數(shù)的奇偶校驗(yàn)與DCS均不一致，從機(jī)地址有沖突均是1（應(yīng)為4）。

根據(jù)以上問題，查閱RS232和RS485說明書，它們均適用于光纖點(diǎn)對點(diǎn)連接的ModBus RTU通信。并且RS485需根據(jù)所需的波特率設(shè)置撥碼開關(guān)，同時(shí)參考CP341的說明書，RS485與CP341搭配使用時(shí)，其接口類型需在CP341的傳輸協(xié)議內(nèi)設(shè)置，這里，需要注意的是：CP341用于MODBUS協(xié)議通信時(shí)需有Dongle的支持。在使用前先將Dongl安裝在CP341模塊的背面的Dongle插槽中，并安裝驅(qū)動(dòng)程序。

此時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)，生活污水的CP341和RS85、RS232的發(fā)送/接收LED指示燈出現(xiàn)規(guī)律閃爍，并且T3000的ModBus通信模塊顯示已鏈接，但無數(shù)據(jù)傳輸筆者對ModBus通信的通俗理解是“通過網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)控制器使用已確認(rèn)的公共消息結(jié)構(gòu)和格式，向被訪問設(shè)備發(fā)送請求，然后接收響應(yīng)，包括偵測錯(cuò)誤和記錄，從而實(shí)現(xiàn)通信”。簡單地理解是主機(jī)發(fā)送訪問請求或指令，從機(jī)執(zhí)行，然后反饋給主機(jī)。

經(jīng)檢查從機(jī)PLC側(cè)發(fā)現(xiàn)：

（1）CP341的傳輸協(xié)議已經(jīng)定義了FC3指向的數(shù)據(jù)塊DB100。

（2）DB100數(shù)據(jù)塊是空的。

（3）DB100數(shù)據(jù)塊沒有被任何函數(shù)引用，也沒有找到用于從機(jī)PLC內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦驂K。

針對以上情況，結(jié)合生活污水處理系統(tǒng)的PLC源程序、信號點(diǎn)表、IO接線圖，重新編寫了數(shù)據(jù)傳輸程序和DB100數(shù)據(jù)塊程序。

（1）數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)示例。

CALL ?"RTD"

IN ：=DB40.DBD10 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//液位數(shù)值，實(shí)數(shù)

OUT：="modbusData".a00GRK10CL001 ? ? ? ? ? //轉(zhuǎn)換后的整數(shù)

備注：RTD功能塊實(shí)現(xiàn)的功能是將REAL格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為WORD格式。

（2）RTD的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換程序如下。

SET

SAVE

= ? ? L ? ? ?0.1

L ? ? #IN

RND

JO ? ?I007

PUSH

AD ? ?DW#16#FFFF8000

JZ ? ?I008

XOD ? DW#16#FFFF8000

JZ ? ?I008

I007： CLR

= ? ? L ? ? ?0.1

I008： TAK

CLR

A ? ? L ? ? ?0.1

SAVE

T ? ? #OUT

SAVE

BE

對于液位報(bào)警，閥門和電機(jī)狀態(tài)的傳輸依然采用Word，將狀態(tài)的位直接賦值到DB100 WORD對應(yīng)的位上，例如：

A ? ? DB80.DBX ? 28.2 ? ? ?//液位報(bào)警的狀態(tài)

= ? ? DB100.DBX ? 16.0

A ? ? I ? ? ?0.0 ? ? ? ? ? ?//電機(jī)和閥門的狀態(tài)

= ? ? DB100.DBX ? 16.6

經(jīng)反復(fù)研究發(fā)現(xiàn)：T3000 AI08邏輯塊的最大的訪問起始地址N+8-1必須小于等于DB100已定義的最大數(shù)據(jù)段地址，否則相應(yīng)的T3000邏輯塊會報(bào)錯(cuò)。

根據(jù)該發(fā)現(xiàn)，重新修改DB100數(shù)據(jù)塊程序。該通信正常工作，信號點(diǎn)核對也順利完成，問題被解決。

2 ?結(jié)論

該通信問題的解決，充分體現(xiàn)了SEPCOIII作為國際EPC總承包商的技術(shù)管理能力和一線技術(shù)人員勇于挑戰(zhàn)不服輸?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。同時(shí)，也為今后的類似系統(tǒng)的通信工程的技術(shù)管理積累了一定的經(jīng)驗(yàn)和值得借鑒的范例。對于采用CP341和RS485異步串行傳輸?shù)腗odbus RTU通信系統(tǒng)。在采購合同中要明確供貨責(zé)任和細(xì)節(jié)，應(yīng)加強(qiáng)以下幾方面的管理。

（1）主系統(tǒng)和分系統(tǒng)設(shè)計(jì)分包商需共同確定類似表1的通信參數(shù)。

（2）主分系統(tǒng)分包商共同確認(rèn)接口類型。

（3）分系統(tǒng)分包商在設(shè)計(jì)階段提交信號點(diǎn)表給主控系統(tǒng)分包商整理。

（4）分系統(tǒng)分包商除提交信號點(diǎn)表外，還需提交接線圖、PLC程序的PDF邏輯圖。

（5）主控系統(tǒng)分包商負(fù)責(zé)按照分系統(tǒng)分包商提供的信號點(diǎn)表和系統(tǒng)畫面組態(tài)主控系統(tǒng)，并對可能存在的問題及時(shí)提出合理技術(shù)要求和建議。

參考文獻(xiàn)

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