利用MODBUS通訊協議實現智能測量前端與DCS系統的數據傳送

孫志強

（山東南山鋁業股份有限公司，山東 龍口 265713）

1 MODBUS通訊協議的介紹

ModBus通訊協議是Modicon公司的注冊商標，采用主從問答方式工作，是目前國際智能化儀表普遍采用的主流通訊協議之一。ModBus通訊協議有兩種傳輸模式，分為RTU模式和ASCII模式，其中RTU模式信息幀中的8位數據包括兩個4位16進制字符，相對于ASCII模式，RTU模式表達相同的信息需要較少的位數，且在相同通訊速率下具有更大的數據流量。因此通常情況下，一般產業智能儀器儀表都是采用RTU模式。MODBUS通訊間隔可達到1200米。

2 智能測量前端的介紹

本文以江蘇某公司生產的IDCB-4E型號測量前端為例。該儀表的最顯著的特點在于通訊接口的標準性和通訊協議的開放性，可適配各種組態軟件，輕松實現與任何支持MODBUS-RTU協議的網絡、系統（特別是DCS）的通訊互連。最大的優點是遠程I/O前端可直接安裝于工業現場的信號測點附近，做到真正的物理分散，可節省大量的信號電纜和補償導線，簡化工程設計，減少施工費用，縮短施工工期。

3 DCS系統的介紹

本文以GE新華OC6000e分散控制系統（DCS）為例。OC6000e系統接收外部數據，主要利用虛擬DPU即VDPU實現。VDPU安裝于DCS上位機（工業PC），通訊開放，參數設置簡易，是一個極易操作的通訊主站。

4 智能測量前端與DCS系統的數據傳送

1）智能測量前端與DCS系統實現通訊，要依靠Modbus-RTU通訊協議經過屏蔽雙絞線傳輸來實現。通訊方式采用主機（即VDPU）請求，從機（即智能測量前端）應答，即：主機提出命令請求，從機接收數據后作數據分析，假如數據滿足通訊規約，從機作數據響應。如圖1

圖1 主—從 查詢—回應周期表

主從機間的通訊約定：主機發送的每一幀數據由四個部分組成，分別為從機地址、命令字、信息字、校驗碼，我們通常稱這類功能代碼為“報文”。

從機地址（1個字節）是從機設備號，主機利用從機地址來識別進行通訊的從機設備，表明用戶設置地址的從機將接收主機發送來的信息。每個從機都必須有唯一的地址碼，并且只有符合地址碼的從機才能響應回送。命令字（1個字節）是主機發送的功能碼，告訴從機執行什么任務。信息字（N個字節）包括進行兩機通訊中各種數據地址、數據長度、數據信息。校驗碼（2個字節）用于檢測數據通訊錯誤，采用循環冗余碼CRC16。主機利用通訊命令，可以進行讀取點（保持寄存器）或返回值（輸進寄存器）的操縱。保持寄存器和輸進寄存器都是16位（2字節，即1個字）值，并且高位在前，這樣寄存器中相同數據區域可以是字地址表示，也可以是字節地址表示。若是字地址，主機就必須以字方式（通過WORD地址）發送命令給寄存器；若是字節地址，主機就必須以字節方式（通過BYTE地址）發送命令給寄存器。在上述兩種方式下，若通訊正常，則從機返回相同的數據。但若字地址與字節地址搞反將會得到錯誤結果或得不到從機響應。

2）使用IDCB-4E智能測量前端時，首先要進行通訊參數的設置：通過儀表上的編程鍵盤對儀表進行通訊參數設置：（1）儀表地址：設置通訊網絡中從機（儀表）地址號，可以設置為1～255。（2）通訊速度：設置通訊網絡中通訊速度，可選擇通訊速度（波特率）為4800或9600。下位機與上位機的通訊波特率一般可自由設定，但必須保證上下機的通訊波特率對應匹配。連接線建議采用屏蔽雙絞線，同時雙絞屏蔽線的兩端都接地，以減少現場干擾。

這樣智能測量前端與DCS系統的通訊網絡就建立起來了，實現了智能測量前端與DCS系統之間的通訊。如圖2。

圖2 通過標準串口的網絡連接示意圖

5 結語

通過采用Modbus通訊協議標準，實現了兩套獨立控制系統之問的通訊，為將不同系統的數據集成到一個系統中提供了成熟的、可行的實現方法。現在很多獨立的測量儀表都支持Modbus，這也為它們與系統之間的通訊提供一個參考。