基于Modbus協議的DeltaV系統與西門子PLC系統的通訊

摘?要：Modbus是現代工業發展常用的通信協議，基于該協議的DeltaV系統與西門子PLC系統的通訊相比于傳統通訊模式信息傳輸速度更快，且成本更低。現階多數企業在通訊方面，選擇基于Modbus協議的DeltaV系統與西門子PLC系統的通訊，并取得了良好的通訊效果。本文就基于Modbus協議的DeltaV系統與西門子PLC系統的通訊展開論述，介紹Modbus通訊協議的概念，并闡述具體通訊的實現路徑。

關鍵詞：Modbus通訊協議;DeltaV系統;西門子PLC系統;通訊

隨著信息技術的不斷發展，通訊技術發展迅速。在新的時代背景下，多數工廠測評系統需要信息技術的支持，借助Modbus協議實現信息的高效傳輸，充分利用DeltaV系統與西門子PLC系統，提高通信效率，實現數據資源共享。就目前發展情形而言，石油化工產業的智能化自動化發展水平逐漸提高，集散控制系統在自動化領域的應用范圍也逐步擴大。所以，部分企業適時將其與相關控制系統進行有機整合聯系，不僅能構建出功能框架體系更為健全的工作系統，還會在一定程度上加快實際工作質量和效率。其中，較為典型的融入代表即為西門子公司的PLC系統。

一、Modbus通訊協議

Modbus協議是現階段工業測控系統常用的一種通訊協議，該協議能夠有效轉化數據信息，相比于傳統通訊協議，翻譯速度更快，只要與設備連接，設備的數據就能導入到系統中，實現了信息的高效傳輸。Modbus通訊協議你能通過24種總線命令實現PLC系統與外界的信息交換，詳細描述了控制器訪問設備的具體過程，不需要時刻考慮通訊設備的拓撲機構。在工業測控系統中，各種測控設備具有兩種數據傳輸模式，即主模式與從模式。兩種設備的本質不同，前者主要向后者發送查詢請求，后者在接受請求后發出相應。Modbus系統間則通過功能碼來控制各個設備之間的通訊請求及數據傳輸交換。然而在實際工作中，主設備發出查詢請求后，從設備響應時間是不一定的，并不一定與主設備銜接，也不一定做出響應，這就出現了兩種形式。第一種為主設備發出查詢請求，但不需要等待從設備響應，這種情況一般將主設備以廣播形式與其他設備連接所致。第二種形式恰恰相反，主設備發出查詢請求后等待從設備的響應。該形式與DeltaV系統與西門子PLC系統相吻合，將通訊過程分為兩個過程，即主設備發出查詢請求，從設備響應。通訊不受影響的情況下，從設備會對主設備的請求做出及時響應，通過數據的方式進行傳輸，并存儲到相應的系統中。并且，Modbud通訊雙方利用寄存器地址來對需要傳輸的數據進行對應，再通過功能碼控制，交換的數據有數字量和模擬量兩種類型，用戶級的寄存器地址則可分為輸入位、輸出位、輸入寄存器、輸出寄存器這四段。如果個別環節出現問題影響通訊不能正常進行，從設備在接受相應的信號后會產生一系列錯誤代碼，該代碼可以由錯誤檢驗域識別。

二、基于Modbus協議的DeltaV系統與西門子PLC系統通訊原理

以江銅集團貴溪冶煉廠為例，該廠工藝中二系統閃速爐硫酸和一系統硫酸動力中心均采用的是艾默生公司的DeltaV系統，其中硫酸二系列脫硫尾排電除霧器采用的是西門子S7-1200PLC的PLC系統。兩個系統通訊均依據Modbus協議，DeltaV系統主要負責監測相關裝置的閥門開度、溫度、壓力等重要指標，并形成相應的報告，相關數據能夠自動被保存下來，有利于維持電除霧器的正常運行，從一定程度上降低了施工成本，使PLC系統的遠程監控成為可能，遠程監控用到的主要系統為DCS系統。DeltaV系統中提供了支持Modbus協議的串行卡，該串行卡一般作為主設備控制用于控制PLC系統的第三方設備，或是用于響應主設備讀、寫數據請求過程中。這是DeltaV系統支持Modbus通訊協議的主要原因，也是實現與PLC系統有機結合的根本。

三、基于Modbus協議的DeltaV系統與西門子PLC系統的通訊的實現

（一）注重系統之間的連接

首先，要將DeltaV系統與西門子PLC系統進行物理連接，借助專門的電纜線連接，還要正確選擇連接端口，本次連接采用的是Modbus通信電纜，前一個系統的端口為端口1，后一個系統為TxD+和TxD-，能夠為通訊創造良好的網絡環境。連接工作要由專門的技術人員進行，保障連接的準確性，使整個通訊系統能夠正常運行。

（二）DeltaV系統串行通訊卡的組態

該過程主要有五個重要步驟，但都有一定前提，一般情況下，DeltaV系統串行通訊卡的組態要在DeltaV?Explorer中進行。下面闡述五個具體的步驟。

第一，將通訊卡插入特定的卡槽中，卡槽為DCS硬件卡槽。

第二，啟動系統，完成通訊卡的識別工作。首先要將DeltaV?Explorer打開，然后對通訊卡進行識別，識別中用到的組態為硬件組態，借助其中的自動識別功能（Auto?Scan）進行識別。能夠為整個系統提供網絡環境，保障系統的正常運行。

第三，通訊卡識別成功后要進行相關屬性的設置，待卡識別后，要用鼠標右鍵單擊卡件的端口1，就能彈出屬性，打開屬性進行養護設置。主要設置端口狀態、通訊模式以及其他參數。一般情況下，P01端口狀態要設置為“Enable”，通訊模式設置為Modbus?RTU，將DeltaV系統作為主要控制系統，即將主從模式更改為“master”。此外，還要設置該控制系統的主要參數，包括端口類型、波特率、校驗方式、數據位與位停止，相關參數分別為RS422/485?half?duplex、9600、none、8、1。

第四，增加串口設備，完成上述操作后要在P01接口增加新的串口設備，為了方便記錄，還要為其命名，DEV-01，同時還要對其默認地址進行設置，一般默認地址為1。

最后，在新增的串口中加入數據整定包，即Dataset，鼠標右鍵單擊找到其屬性后進行相關設置，在彈出的選項中，主要調節General、DeltaV、PLC，根據實際的通訊條件設置其參數。

（三）西門子S7-1200PLC系統串行通訊卡的組態

該系統的組態有四個重要步驟，該系統為從系統，所有步驟均在SIMATIC?Step?7?Basic?V12中進行。下面闡述四個具體步驟。

第一，首先要啟動SIMATIC?Step?7?Basic?V12，啟動后將相關的文件打開，然后將項目視圖呈現在界面。

第二，要求串口的硬件配置工作。在此過程中，要找到相關的串口模式，從Catalog中的“Communication”中找到CM-1241?RS-422/485串口模塊，利用鼠標將其托到空卡槽中，此處主要指代CPU左側的空槽位置，進而完善串口硬件配置。

第三，設置基本參數，在上面提到的串口模塊中找到“Port?Configuration”，然后調整相關參數，包括波特率、校驗方式、數據位與位停止，相關參數分別為9600、none、8、1，其余默認。

第四，通訊信息傳輸。找到“CM1241_485_DB（DB34）”通訊程序模塊，將相關通訊協議下的數據導入，然后再將其與OB1這一主程序快進行關聯。后續主系統DeltaV發出查詢請求后，PCL控制系統能夠執行命令，找到相關數據后發送到DeltaV主站。

（四）DeltaV系統最終的監控畫面顯示

前面的步驟已經實現了DeltaV系統與西門子PLC系統的統一，DeltaV系統發出查詢請求后，西門子PLC系統發出相應，能夠實現信息的快速傳輸。相關數據在傳輸過程中也能被系統保存下來，進入相應的緩沖區，一般為串口卡Port1端口對應的緩沖區，能夠準確記錄歷史信息，有利于系統恢復原始數據。通過兩個系統的信息傳輸能夠在DCS畫面上進行監控和顯示，最終表現真實的畫面。

四、結語

綜上所述，基于Modbus協議的DeltaV系統與西門子PLC系統的通訊系統的設計能夠提高通訊效率，降低通訊成本。而Modbus協議是支持西門子工作PLC系統實現通訊的重要基礎，也是適時推動其實際工作質量和效率提升的關鍵因素。在具體設計過程中，要根據實際條件調整相關參數，正確選擇接口位置，技術人員要正確連接接口，同時還要激活通訊卡，保證整個通訊系統正常運行，提高通訊效率。這一通訊的實現，不僅方便了工藝操作和監控管理，對裝置的平穩有序運行也具有一定促進作用。

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作者簡介：廖思逸（1993—），男，江西龍南人，助理工程師，研究方向：電氣工程及其自動化。