西門子博途V15 在自控系統MODBUS通信上的應用

徐 瑞 安丙峰 王 磊

（天華化工機械及自動化研究設計院有限公司）

自控系統作為現今全球工業在線控制不可缺少的一部分， 已成為工廠里各個生產裝置的核心設備，它能大幅提高裝置的生產效率。但由于原有廠區內規劃的工業用地逐漸趨于緊張， 使得工業裝置中原來系統機柜間的冗余空間不足；同時，工業裝置距離集中控制系統機柜間較遠， 若現場裝置出現故障或危險， 很難第一時間發現并及時處理， 因此將越來越多需要關注的核心生產裝置的自控系統配置在裝置區， 以便及時發現并解決問題。 而中央集中控制系統需要了解全廠裝置的運行情況， 越來越多的裝置通過通信協議在現場與中央控制系統建立連接。 這里就工業系統中應用最廣泛的MODBUS 通信技術展開分析。

MODBUS 通信是基于協議規定的一種技術，廣泛應用于各個廠家的PLC 與PLC、PLC 與DCS、DCS 與DCS 之間的通信。 由于其信號穩定、施工方便且故障排查容易，獲得了越來越多用戶和服務商的認可。 而博途軟件功能強大，又進一步簡化了PLC 程序在通信部分的編寫，大幅減少了編程人員在該部分的瑣碎工作。 筆者以某大型石化企業污泥干化系統MODBUS 通信為例進行詳細介紹。

1 工藝介紹

污泥干化工藝流程主要由打漿、干化、洗滌、凝液回收和包裝5 個單元組成，主要設備有1 臺打漿罐、4 臺干化機、14 臺離心泵、4 臺刮板機和1 臺干料倉。

從圖1 所示的污泥干化工藝流程中可以看出， 來自上游的離子液污泥進入打漿罐攪拌后，通過泵送打入4 臺干化機進行干化，干化后的產品從干化機出料箱排出， 經過刮板機送入干料倉，隨后進入包裝機進行產品打包。 干化過程產生的載氣通過引風機抽入洗滌塔進行洗滌，處理后的尾氣直接經引風機外排；將處理產品換熱產生的凝液和不凝氣通過循環水泵抽入凝液罐，凝液由泵送至下游系統，不凝氣則經過凝液罐頂部排出。

圖1 污泥干化系統工藝流程簡圖

可見，這套系統需要300～400 個監視點、控制點，若采用中央控制系統，則需要在裝置區到中央控制室的綜合管廊上敷設大量的電纜和橋架，大幅增加了施工成本， 同時還需編程人員花大量時間對每個變量傳輸賦值，做大量重復工作。

2 MODBUS 通信方法

過去十年里，現場裝置的控制主要采用PLC板卡配觸摸屏，再通過MODBUS 通信電纜將信號全部送到中央控制系統， 該通信過程需要在STEP7 中編寫專門的通信程序，正常使用時如遇到通信中斷，則只能由廠家技術人員前來排查解決，不但影響了正常生產，也需額外增加人力開支，產生巨大的經濟損失。 該通信程序主要通過配置功能塊FB7、FB8、FB80 及其需要的DB 數據塊實現，主要涉及的程序如圖2 所示。

圖2 STEP7 進行MODBUS 通信的梯形圖和數據塊

配置中一旦設定錯誤或在操作中將某個參數誤修改，都將使整個通信癱瘓，故障原因查找起來也較復雜；再者，需要傳輸的數據全部要通過相應的賦值程序將之轉換為MODBUS 可識別的地址數據，若需要讀取的數據量大，將大幅增加人員的工作量。 由圖2 可以看出， 在調用FB80 時不但需要指定好每一個管腳的參數，而且還要在每一個數據塊中設置好相應的地址；且每一個數據都需要寫一個梯形圖程序， 程序運行極其繁瑣且容易出錯。

近些年， 西門子推出了新的軟件博途V15，該軟件將程序的編寫和組態畫面集成在一起，使原有復雜的硬件注釋變得更清晰。 應用博途V15進行相應的MODBUS 通信處理，可降低程序的編寫量［1］，且直觀易懂，現場維護工作人員如有問題，可直接通過電話、微信等方式處理。 該過程涉及的主要程序界面如圖3 所示，從圖中的參數設置可以看出，主程序中不再需要編寫管腳參數設置的程序，且MODBUS 通信的數據地址可直接在模塊設置中指定，大幅減少了數據傳輸程序編寫的工作量，現場易調試，節省了調試人員的時間，可使設備盡早投入使用。

圖3 博途V15 進行MODBUS 通信模塊設置

為了保證整個污泥干化裝置區域系統完好，在接入中央控制系統前先進行了該區域系統MODBUS 通信的整體測試，確保所有數據都可以正確地傳輸過去。 采用MODSCAN32 進行傳輸數據模擬測試， 在測試中設置好與博途V15 硬件CP341 模塊對應的板卡地址、MODBUS 地址起始點和數據長度， 并在連接設置上確認好與博途V15 硬件模塊對應的端口地址、波特率、奇偶校驗位和傳輸模式中采用的RTU 協議。 將RS485 通信電纜通過MODBUS 通信器連接到測試計算機上，即可快速實現現場污泥干化裝置系統與計算機中MODBUS 地址的監視與控制，界面如圖4 所示，可以看出，完成以上設置后，所有需要監視的數據均可在模擬軟件中實現在線監視。

圖4 MODSCAN32 模擬通信參數及監視界面

3 博途V15 進行MODBUS 通信的效果分析

使用博途V15 將污泥干化系統裝置的整個系統數據輸送到中央控制系統，不僅提高了設計和編程人員的工作效率和準確性，而且也有利于污泥干化生產裝置到中央控制系統的數據對接，同時也為日后的使用維護和故障處理提供了方便。 一套污泥干化系統裝置數據傳輸的效果分析見表1，博途V15 與STEP7V5.6 相比，在程序編寫時間、數據穩定性、現場調試時間和故障分析排查難度方面都有一定優勢。

表1 MODBUS 通信效果對比

4 結束語

在石油化工的污泥干化處理項目中，采用博途V15 進行MODBUS 通信程序的編寫和設置，減少了項目的調試、施工和維護時間；信號的穩定性也得到保證， 降低了調試人員工作的強度，減少了現場操作人員不必要的麻煩。 該污泥干化系統現已投產， 控制系統穩定，MODBUS 上傳至中央控制室的數據準確、穩定，達到工藝生產的正常要求。