淺析Modbus 通訊在甲醇裝置控制系統(tǒng)中的應用

喻偉

（中海石油化學股份有限公司，海南 東方 572600）

1 簡要介紹

中海石油建滔化工有限公司甲醇一期裝置常規(guī)控制系統(tǒng)采用的是橫河公司基金會現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）CENTUM CS 3000，SIS 和壓縮機采用Tricon 的停車TS3000 系統(tǒng)。成套包（PLC）系統(tǒng)都利用Modbus 通訊。Modbus 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

系統(tǒng)中的Modbus 通訊使用了冗余通訊，采用了RS-232和RS-485 等多種方式，SIS（ESD）系統(tǒng)間通信采用光纖通信，減少毫秒誤差。裝車站臺距離較遠，改用了光纖連接方式。

圖1 Modbus 協(xié)議網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖

2 應用實例與分析

根據(jù)通訊距離分為兩種情況。

FCS 的通訊模塊采用RS-232 的連接方式。

FCS 與PLC 等控制系統(tǒng)之間是用RS-486/422 接口進行通訊。對于較遠距離通訊的問題，采用摩莎公司出品的TCF-142 系列串口光纖轉(zhuǎn)換器。將Modbus 的RS-285/422 通訊的信號轉(zhuǎn)換為光纖信號，以適應遠距離通訊。

2.1 FCS 系統(tǒng)與TRICON 系統(tǒng)（SIS）

FCS 系統(tǒng)進行RS-485 通訊的模塊是ALR121 與Tricon緊急停車系統(tǒng)相接，在SIS（ESD）系統(tǒng)中采用冗余。使用雙4119A（4119A 卡為同軸電纜通訊端口，經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟包，后將其升級為4351B 卡，改為以太網(wǎng)通訊）模塊，并在FCS 接收卡ALR121 模塊R+/R-接頭處配120Ω。雙方系統(tǒng)參數(shù)設置：Baud Rate=19200，Data Bit=8（RTU 方式），Stop Bit=1，Parity=Even。

2.2 FCS 系統(tǒng)與本特利3500 振動監(jiān)測系統(tǒng)

機組為本特利3500 系統(tǒng)監(jiān)測同時傳輸?shù)紽CS 中。使用本特利3500/95 卡，F(xiàn)CS 為ALR121 卡，這兩張卡為專用的通信卡，可組較多類型的通信模式，按廠家指導說明書即可完成連接調(diào)試工作。

2.2.1 Modbus 通訊在合成壓縮機控制系統(tǒng)中的應用

壓縮機是采用ITCC 控制系統(tǒng)和本特利3500 監(jiān)測系統(tǒng)，使用Modbus 通訊：如表1。

表1

以太網(wǎng)接口與Modbus 協(xié)議通訊是用到了本特利3500 系統(tǒng)以太網(wǎng)/RS232 I/O Modbus 和以太網(wǎng)/RS485 I/O Modbus卡件，如下表。

表2

2.2.2 Modbus 通訊在蒸汽透平中的應用

監(jiān)控為本特利3500，Modbus 傳輸?shù)紽CS 系統(tǒng)，在FCS系統(tǒng)中為中些數(shù)據(jù)設定報警值，然后，將這些報警值以節(jié)點信號的方式利用Modbus 通信方式傳送到ESD 系統(tǒng)中，參與裝置區(qū)內(nèi)ESD 系統(tǒng)的控制。

本特利3500 系統(tǒng)卡件與FCS 連接時要涉及多個卡件串聯(lián)，將每個架構(gòu)層面上的分系統(tǒng)連接，將數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)紽CS 系統(tǒng)中。為四個3500 系統(tǒng)架構(gòu)層面的串聯(lián)。分別是CT-01001、CT-01002、CT-06001 和CT-01501 層面對應的是我廠四臺蒸汽透平，連接方式為雙冗余架構(gòu)。如果以后需要增加相應的檢測機組，在地址需求不超當前范圍的情況下，只需要在空余的端口處進行連接，當然，還需要在3500 系統(tǒng)的軟件和FCS 系統(tǒng)方面進行配給設置就可以了。詳細參數(shù)：Modbus Slave Address=1，Baud Rate=19200，Data Bit=8（RTU 方式），Stop Bit=1，Parity=Even。

2.3 FCS 系統(tǒng)與變壓吸附PLC 控制系統(tǒng)

PSA 控制系統(tǒng)是西門子公司的S-7417-4H PLC 系列。通訊模塊為CP441，通訊參數(shù)為：Modbus RS-485；Baud Rate=19200；Data Bit=8;Stop Bit=1;Parity=Even。主站FCS 的ALR121 模塊與CP441 模塊之間采用了兩線制連接方式，

PLC 系統(tǒng)與FCS 系統(tǒng)通訊中涉及到寄存器地址轉(zhuǎn)換的問題。在主站FCS 中設定：

表3

3 Modbus 應用中注意事項

3.1 硬件

硬件方面的注意事項大致有以下三個方面：（1）使用ITP 電纜。（2）接口適配器的選型，應盡量選擇同一模式。（3）在進行遠距離轉(zhuǎn)接時，選用同廠家的同批次型號的產(chǎn)品。

3.2 怎么確認通訊是否正常

當模塊卡件的狀態(tài)指示燈顯示錯誤狀態(tài)時，這時就應該先檢查硬件再檢查軟件。在軟件編程的時候，要注意以下幾點：（1）要確保主站和從站的通訊速率一致，一般采用9600bit 和19200bit 的通訊速率及波特率，盡量不使用奇偶校驗，除非設計專門要求。（2）如果出現(xiàn)通訊地址錯位的情況，則可以在主站的通訊清單中對應的設置，當然，也可以在從站中修改。

3.3 光纖通訊

較遠距離通訊時，就是將RS-422/485 通訊的電信號轉(zhuǎn)換為光信號，實現(xiàn)較遠距離通信。選擇彼此匹配地具有可互換性的轉(zhuǎn)換器。在光釬接口的選型上有SC、ST、FC 和LC 等類型。還有PC（微球面研磨拋光）、APC（呈8 度角并做微球面研磨拋光）、MT-RJ（方型，一頭雙纖收發(fā)一體），這些接口在我廠管理系統(tǒng)中用到。

4 結(jié)語

Modbus 協(xié)議網(wǎng)絡方便各種系統(tǒng)的集成。但當今控制系統(tǒng)種類繁多、在裝置較大的工廠中，只使用Modbus 通訊協(xié)議來通訊是遠遠不夠的，只有將Modbus 協(xié)議網(wǎng)絡通信、以太網(wǎng)、光纖通訊和OPC 通信等多種通訊模式結(jié)合起來，利用其可靠性、時效性、廣域性、遠距離和數(shù)據(jù)平臺特點組成統(tǒng)一個整體，才能更好地發(fā)揮Modb 協(xié)議通訊的優(yōu)勢，將整個裝置的監(jiān)控水平和管理水平提升到更高的水平。