Modbus 通訊協(xié)議在PKS 系統(tǒng)集成中的應(yīng)用

蘇佳杰 衛(wèi)志剛 楊玉強

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300000）

1 概述

浮式生產(chǎn)儲油輪友誼號04 年投產(chǎn)，中控系統(tǒng)無法對現(xiàn)場就地控制設(shè)備的運行參數(shù)進行監(jiān)控，因此急需將現(xiàn)場關(guān)鍵設(shè)備PLC運行數(shù)據(jù)集成到中控霍尼韋爾PKS 系統(tǒng)中。通過Modbus 通訊協(xié)議實現(xiàn)了現(xiàn)場關(guān)鍵設(shè)備PLC 與中控PKS 的系統(tǒng)集成，有效提高了中控的監(jiān)控水平。

2 Modbus 通訊協(xié)議簡介

Modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。其已經(jīng)成為一種通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進行集中監(jiān)控。

Modbus 協(xié)議將通訊參與者規(guī)定為“主”（Master）和“從”（Slav e）。主設(shè)備可單獨和從設(shè)備通信, 也能以廣播方式和所有從設(shè)備通信, 而從設(shè)備之間不能通信。

Modbus 協(xié)議有兩種通訊傳輸模式：ASCII 模式和RTU 模式。ASCII 模式的主要優(yōu)點是字符發(fā)送的時間間隔可達到1S 而不產(chǎn)生錯誤;RTU 模式的主要優(yōu)點是在同樣的波特率下, 可比ASCII 方式傳送更多的數(shù)據(jù)。

3 硬件選擇

3.1 協(xié)議轉(zhuǎn)換器的選擇

現(xiàn)場關(guān)鍵設(shè)備使用的PLC 廠家和型號以及支持的通訊協(xié)議如下表1。

從表1 中可以看出，電動壓縮機和關(guān)鍵設(shè)備定期維護系統(tǒng)的PLC 控制器不支持Modbus RTU 通訊協(xié)議，因此需要增加協(xié)議轉(zhuǎn)換器。電動壓縮機PLC 為AB 公司的SLC500 型，兩臺壓縮機分別使用了兩種不同的協(xié)議轉(zhuǎn)化模塊，使用了HMS 公司的DF1 轉(zhuǎn)MODBUS 協(xié)議轉(zhuǎn)換器，型號為AB 7010，以及MCM-3150 通訊卡。

表1 現(xiàn)場關(guān)鍵設(shè)備PLC 型號

關(guān)鍵設(shè)備定期維護系統(tǒng)PLC 為西門子公司的西門子S7-300 314C，使用了國產(chǎn)的微硬創(chuàng)新的MODBUS 轉(zhuǎn)PROFIBUS網(wǎng)關(guān)PBMD485-K20。

3.2 通訊接口的確定

現(xiàn)場關(guān)鍵設(shè)備PLC 的支持的通訊端口，如下表2。

表2 現(xiàn)場關(guān)鍵設(shè)備PLC 通訊端口

最終確定的通訊端口為RS485 通訊端口，其適合于遠(yuǎn)程通訊，最遠(yuǎn)1200 米，能夠滿足現(xiàn)場通訊距離的需求，同時RS485 屬于差分通訊，抗干擾能力強，通訊穩(wěn)定性較高。

3.3 串口服務(wù)器

實現(xiàn)現(xiàn)場關(guān)鍵設(shè)備PLC 與霍尼韋爾PKS 系統(tǒng)通訊，使用PKS 的第三方通訊功能，不需要增加專門的串口通訊卡，組態(tài)過程簡單，同時可以通過PKS 系統(tǒng)的OPCI 功能，可以將第三方通訊點引入到組態(tài)策略中。

4 項目實施

4.1 燃?xì)鈮嚎s機Modbus 通訊的實現(xiàn)

（1）對通訊端口進行設(shè)置。燃?xì)鈮嚎s機PLC 為AB 公司Micro Logix1500，有2 個通訊端口，兩個端口均支持Modbus 通訊，通過編程軟件連接PLC 后，對通訊端口參數(shù)進行設(shè)置，驅(qū)動為Modbus RTU 被控，波特率和奇偶校驗根據(jù)現(xiàn)場實際設(shè)置，Modbus 數(shù)據(jù)表文件數(shù)根據(jù)實際使用文件號填寫。

（2）在PLC 程序中，增加相關(guān)的通訊程序，將需要通訊的數(shù)據(jù)移到對應(yīng)的數(shù)據(jù)表文件中。

（3）增加接口轉(zhuǎn)換器：由于燃?xì)釶LC 自帶的通訊端口為RS232 端口，無法進行信號遠(yuǎn)傳，因此需要安裝RS232 轉(zhuǎn)RS485的信號轉(zhuǎn)換器ADAM-4520，用于對通訊信號的遠(yuǎn)傳，并將RS232轉(zhuǎn)RS485 通訊。

（4）列出燃?xì)鈮嚎s機Modbus 的通訊列表，方便后期的組態(tài)。

4.2 電動壓縮機Modbus 通訊的實現(xiàn)

（1）增加協(xié)議轉(zhuǎn)換卡件。①協(xié)議轉(zhuǎn)換器AB 7010。電動A 機使用了新型的HMS 公司的DF1 轉(zhuǎn)MODBUS 協(xié)議轉(zhuǎn)換器，AB 7010 通訊模塊，使用此通訊卡優(yōu)點在于方便通訊編程，輸出端口可設(shè)置為RS485，方便了遠(yuǎn)程通訊。缺點是PLC 通訊端口被設(shè)置為DF1 被控端口就失去了與上位機通訊的能力。②協(xié)議轉(zhuǎn)換器MCM-3150。電動B 機采用了一塊庫存的MCM-3150 通訊卡，此卡的優(yōu)點是不占用PLC 的通訊端口，PLC 仍然可以與上位機進行通訊，同時輸出端口可設(shè)置為RS485，方便了遠(yuǎn)程通訊。通訊卡件安裝到位后，需要通過編程軟件連接PLC，在PLC 程序中對卡件的通訊參數(shù)以及通訊卡件的初始化程序和數(shù)據(jù)交換程序進行添加，并將程序下裝到PLC 后才能夠正常使用。（2）在PLC 程序中，增加相關(guān)程序。（3）列出電動壓縮機Modbus 通訊列表，方便后期的組態(tài)。

4.3 廢熱與加氣浮選器Modbus 通訊的實現(xiàn)

（1） 通訊端口的設(shè)置。廢熱和加氣浮選器使用的都是S7-200 PLC，型號為CPU226，此型號PLC 支持Modbus 通訊協(xié)議，但是Modbus RTU 從站指令庫只支持CPU 上的通訊0 口（Port0）。

（2）對PLC 程序進行修改。①在PLC 程序中，從指令庫中，選擇Modbus 通訊指令，添加到PLC 程序中，并根據(jù)實際通訊情況，對通訊參數(shù)進行設(shè)置。②將需要通訊的參數(shù)，轉(zhuǎn)移到對應(yīng)的臨時數(shù)據(jù)區(qū)。

（3）列出廢熱和加氣浮選器的Modbus 的通訊列表，方便后期的組態(tài)。

4.4 關(guān)鍵設(shè)備定時維護系統(tǒng)Modbus 通訊的實現(xiàn)

（1）添加MODBUS 轉(zhuǎn)PROFIBUS DP 網(wǎng)關(guān)。關(guān)鍵設(shè)備定時維護系統(tǒng)使用的S7-300 的PLC，此PLC 支持PROFIBUS DP 和PROFIBUS PN 兩種通訊協(xié)議，不支持Modbus 通訊協(xié)議，為實現(xiàn)Modbus 通訊，增加了一塊國產(chǎn)的MODBUS 轉(zhuǎn)PROFIBUS 網(wǎng)關(guān)PBMD485-K20，此網(wǎng)關(guān)工作穩(wěn)定，價格便宜，組態(tài)方便。

（2）MODBUS 轉(zhuǎn)PROFIBUS DP 網(wǎng)關(guān)的添加。MODBUS 轉(zhuǎn)PROFIBUS 網(wǎng)關(guān)安裝完畢后，需要使用S7 step 軟件連接PLC 后，在硬件中進行添加，并分配地址后才能夠正常使用。

（3）對PLC 程序進行修改。

（4）列出關(guān)鍵設(shè)備定期維護系統(tǒng)Modbus 通訊列表，方便后期的組態(tài)。

4.5 中控增設(shè)串口服務(wù)器

（1）在中控增設(shè)串口服務(wù)器。為方便現(xiàn)場PLC 與中控PKS 系統(tǒng)通訊，同時簡化組態(tài)的過程，在改造過程中使用了MOXA 公司的NPORT 5430 串口服務(wù)器，通過串口服務(wù)器可以讓網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實現(xiàn)對串口設(shè)備的訪問，因此可以實現(xiàn)PKS 服務(wù)器對各串口連接的設(shè)備進行訪問。

（2）對串口服務(wù)器參數(shù)進行設(shè)置。在串口服務(wù)器使用前需要對串口服務(wù)器的參數(shù)進行設(shè)置，串口需要工作在TCP Server 模式下，需要對IP 地址、通訊參數(shù)以及串口的驅(qū)動模式進行設(shè)置。

4.6 通過Confingstudio 進行通訊組態(tài)

要實現(xiàn)中控PKS 系統(tǒng)與現(xiàn)場第三方設(shè)備進行通信，要通過建立channel、controller、point 3 個過程。

4.7 通過HTMI Displayer 進行畫面組態(tài)。

5 項目實施后效果

通過使用Modbus 通訊協(xié)議實現(xiàn)了現(xiàn)場關(guān)鍵設(shè)備PLC 與中控PKS 的系統(tǒng)集成，有效提高了中控的監(jiān)控水平，使中控人員可以對現(xiàn)場關(guān)鍵設(shè)備的運行參數(shù)進行實時監(jiān)控。發(fā)現(xiàn)問題時，可以對問題進行及時處理；通過存儲的運行數(shù)據(jù)，可以在設(shè)備故障時進行數(shù)據(jù)分析，查找故障原因；同時還可以通過存儲的數(shù)據(jù)分析設(shè)備的運行狀態(tài)，有效保證了現(xiàn)場設(shè)備運行的可靠性和穩(wěn)定性。