MODBUS通訊技術在ECS-700 DCS系統中的應用

都 爽

（北京燕山玉龍石化工程股份有限公司，北京102500）

隨著計算機技術和過程控制技術的迅速發展，DCS、PLC等各類現場控制系統的開放性能越來越好。過去在不同廠家的控制系統之間，很難通過數據通迅技術實現系統間的數據交換。現在各控制系統生產商都遵循統一的國際通訊標準，這使得不同系統間的數據通訊成為可能，而且應用越來越廣泛。

本文主要介紹了浙江中控公司ECS-700 DCS系統多功能通訊接口卡COM741-S的MODBUS通訊設置方法，與西門子PLC控制系統的通訊組態過程，以及怎樣利用第三方軟件測試MODBUS通訊是否正常。

1 MODBUS通訊組態設置

1.1 ECS-700 MODBUS設置組態

COM741-S卡是一塊多串口多協議通訊接口卡，是ECS-700 DCS系統與其他智能設備（如PLC、變頻器、稱重儀表等）互連的網間連接設備，是SCnetIII網絡節點之一，在SCnetIII中處于與主控卡同等的地位。其功能是將用戶智能系統的數據通過通訊的方式連入DCS系統中，通過SCnetIII網絡實現數據在DCS系統中的共享，實現通過DCS讀取第三方智能設備的實時數據。

ECS-700系統的每套控制站最多可以帶7個串行通訊模塊。4路隔離的RS-232或RS-485串口通訊。

COM741-S支持標準的通訊協議MODBUS協議，支持主站Modbus Master模式，支持模塊級冗余配置，同時還支持用戶自定義通訊協議。

同步方式：起-停方式：通信波特率：（2400-57600）bit/s。每路串口下掛設備的波特率、校驗方式等通信參數必須相同。

每個通信模塊的4個串口最多可帶64個設備，其中單路串口最多可接入32個設備。

每個串口的通訊參數都可以不相同，一個串行通訊模塊最多可以在四個串口分別支持四組不同的通訊參數。

COM741-S串行通訊模塊是通過IO擴展總線的方式接入控制系統，其數據可以直接在控制器中參與運算，在邏輯上等同于一塊I/O連接模塊。COM741-S硬件組態與主控卡組態方法一致。配合上位機軟件VisualField進行邏輯編程。

COM741-S串行通訊模塊通過模塊基座上的接線端子連接外部設備，其配對模塊基座為MB727-S，RS-232/485通訊方式由基座上的跳線與相應的軟件設置決定。

基座和PLC的連接方式：使用MB727-S基座，則COM741-S節點地址設定為1，即地址跳線1處插上跳線帽，設置為ON，其他跳線空置。共有0，1，2，3四個通道，確定使用設備的第一條串口，即COM 0，外部設備與基座的2、4端子分別連線，其中端子2為485-，端子4為485+，其余為空，則通訊方式為RS485通訊。若通訊方式為RS232，則外部設備與基座的1、3端子分別連線，其中端子1為RX1，端子3為TX1，其余為空。

1.2 COM741-S通訊組態

COM741-S通訊組態主要由以下幾個部分組成：

（1）添加COM741-S串行通訊模塊并設置冗余方式。進入硬件組態軟件VFIOBuilder，選擇目標主控制器，添加COM741-S串行通訊模塊并設置地址，選中添加的串行通訊模塊，在窗口中選擇相應的冗余模式（一對一冗余或一對二冗余）。如圖1。

圖1 冗余模式

（2）對串口的通訊參數進行設置并組態。對之前設定的使用設備串口（COM 0）進行設置，包括模式（支持Modbus主站、自定義主站），波特率（1200~57600kbps）、物理接線（RS232、RS485）、數據位（支持5、6、7、8個通訊數據位）、停止位（1、1.5、2位）、校驗方式（無校驗、奇校驗、偶校驗、標志校驗、空格校驗）。如圖2。

圖2 對設定的使用設備串口進行設置

令，再選中Modbus命令，在屬性頁中設置參數。設置參數主要包括命令屬性設置、命令參數設置和位號信息設置。

命令屬性設置主要包括命令名稱、命令類型（根據功能號自動轉換，不可修改，輸出命令為寫出命令，將使用AO、DO位號、輸入命令為讀取命令，將使用AI、DI位號）、刷新周期（一般情況下，該值設置為與控制器的控制周期相同）。

命令參數設置主要包括設置功能號，可選擇讀取DO（線圈）、讀取DI（狀態）、讀取AI（輸入寄存器）、讀取AO（保持寄存器）、寫入DO（線圈）和寫入AO（保持寄存器）。設置MODBUS協議的起始地址。設置從起始地址開始算起需要處理的線圈或寄存器的數量。

位號信息設置主要包括位號類型和位號數量。在位號自動掃描時將根據此處所選位號，在位號表軟件中生成相應的位號類型，不同的功能號所支持的位號類型有所不同。位號數量根據位號類型及需要處理的線圈或寄存器位號的數量，由系統自動生成。如圖4。

圖4 通信命令設置

（3）設置設備參數。選擇之前設定的使用設備串口（COM 0）添加設備，設置設備參數，主要包括設備名稱、地址（0~255，非外部設備撥碼實際地址）、響應時間（一般設置為0，讓串行通訊模塊自動修正）、間隔時間（一般設置為0，讓串行通訊模塊在0~10ms之間自動修正）。如圖3。

圖3 設置設備參數

（4）通訊命令設置。包括添加Modbus命令和設置Modbus命令參數，先選中已添加設備，增加Modbus命

（5）完成COM741-S通訊組態后，保存設置，所有組態設置完成后，在組態管理軟件中，進行編譯與下載。

通過ECS-700系統的串行通訊卡COM741-S的MODBUS設置組態流程我們可以看到，COM741-S設置組態的流程步驟、參數設置與ECS-100系統的串行通訊卡FW248基本相同，增加了通訊卡的通訊參數范圍，使其可與更多的智能設備進行通訊傳輸。FW248卡主要采用多種功能性模塊，如GW_MODBUS_RTU主機設置模塊主要設置了從站地址、功能碼、所要讀/寫的數據起始位和讀取的數據數量，GW_GETCMDINFO模塊的功能是獲取命令診斷數據，GW_SETCOM模塊是設置串口通訊協議的，操作人員需要了解各種模塊的功能、每種模塊的各個參數引腳的功能設置。與FW248卡相比較，COM741-S卡直接采用表格、菜單的形式進行參數設置，將需要設置的參數列表化、選項化，不可設置、直接讀取的參數則不可選取設定，COM741-S卡更為簡單、方便。

1.3 PLC MODBUS設置組態

西門子S7-200，S7-300系列PLC中MODBUS組態設置要用到專門的MODBUS庫。對于S7-200系列PLC要用到MODBUS程序庫，主站側需用“MBUS_CTRL”和“MBUS_MSG”程序庫，從站側需用“MBUS_INIT”和“MBUS_SLAVE”程序庫。對于S7-300系列PLC，除了需要MODBUS master和MODBUS Slave驅動程序外，還需要串行通訊模塊的驅動程序：ptp driver，驅動程序安裝順序為先安裝串行通訊模塊的驅動程序，然后安裝MODBUS master或MODBUS Slave驅動程序。以S7-200系列PLC MODBUS通訊為例。

S7-200系列PLC MODBUS組態配置PLC作為主站時，需用“MBUS_CTRL”和“MBUS_MSG”程序庫。其中“MBUS_CTRL”程序庫中，“Mode”引腳為通訊協議選擇，為1時為MODBUS通訊方式，“Baud”為波特率，“Parity”為校驗選擇；“MBUS_MSG”程序庫中，“Slave”是從站的地址，“RW”為讀寫模式，“Addr”是讀寫從站的數據地址。

S7-200系列PLC作為從站時，按照上面的MODBUS通訊實例，其組態程序如圖5所示。從站側使用“MBUS_INIT”和“MBUS_SLAVE”程序庫。

圖5中，“MBUS_INIT”程序庫來設置MODBUS通訊協議、所通訊的數據數量。“Mode”引腳為通訊協議選擇，為1時為MODBUS通訊方式，“Baud”為波特率，“Parity”為校驗選擇，“MaxIQ”“MaxAI”為最大數字量、模擬量點，取決于CPU類型和最大值。為MODBUS從站通訊最主要的設置；“MBUS_SLAVE”程序庫被用于為Modbus主設備發出的請求服務，并且必須在每次掃描時，EN輸入開啟，執行該指令。以便允許該指令檢查和回答Modbus請求。

圖5 S7-200系列PLC MODBUS從站通訊實例

同DCS MODBUS從站一樣，S7-200從站只需將通訊協議和從站模塊觸發后就可以了，等待MODBUS主站命令操作。

2 模擬通訊測試

在ECS-700 DCS、S7系列PLC做好MODBUS通訊組態后，可以先通過第三方軟件模擬測試，查看通訊組態的正確與否。

第三方的軟件，常用的有ModScan32和Modbus Slave；其中ModScan32用作主站來測試和MODBUS從站的通訊，Modbus Slave可用作從站來測試和MODBUS主站的通訊。這些軟件都可以在網上下載。

以上實例，用ModScan32來模擬主站和從站通訊，其配置如圖6所示。

圖6 ModScan32用作主站來測試和MODBUS從站的通訊配置圖

Modbus Slave可用作從站來測試和MODBUS主站的通訊，其配置如圖7所示。

圖7 Modbus Slave可用作從站來測試和MODBUS主站的通訊配置圖

第三方軟件的使用，能夠較好地分辨通訊中主、從站的通訊程序配置是否正確，較少地減少通訊雙方因為通訊問題存在的分歧。

3 ECS-700 DCS系統與S7 PLC系統的通訊實例

燕化公司某化工裝置成套壓縮機設備使用的是西門子S7-200系列PLC，現需將PLC與ECS-700 DCS通過MODBUS通訊連接起來，使操作人員可以在DCS監控設備的運行狀況。

現約定PLC與DCS通訊串口設置如下：

波特率：9600kbps

數據位：8位

停止位：1位

奇偶校驗方式：無校驗

MODBUS從站地址為：2

PLC為MODBUS從站，DCS為MODBUS主站。

已知PLC所要與DCS通訊的數據地址及參數如表1所示。

表1 PLC所要與DCS通訊的數據地址及參數

則，MODBUS從站側初始化MODBUS從站及串口設置程序如圖8所示。

圖8 S7-200系列PLC MOUBUS從站組態實例

PLC系統接入ECS700系統，確定使用COM741-S基座的第一條串口，即COM0、DCS作為MODBUS主站，先對串口COM0進行設置，如圖9所示。

圖9 COM0串口設置圖

選擇COM0添加設備，設備參數設置如下：

名稱：PLC

地址：0（DCS主站設置地址）

地址：2（外部設備撥碼地址）

響應時間：0ms（讓串行通訊模塊自行修正）

間隔時間：10ms，設置完成后，如圖10所示。

圖10 設備參數設置圖

右鍵選中設備PLC，添加通訊命令，即添加cmd，cmd1完成以250ms為周期，讀取40010號開始的6個寄存器，設置完成后如圖11所示。

圖11 通訊命令設置圖

根據S7-200 PLC的使用說明，4XXXX寄存器為輸入寄存器，對于DCS系統，應使用4號功能碼，即本模塊“讀AI”功能號實現，讀取地址XXXX+1。讀取位號類型為2字節整型模擬量輸入。

從上述實例及介紹中，可以看出MODBUS通訊需要注意的地方為：除了主站、從站側要統一串口設置（波特率、數據位、停止位、奇偶校驗位）之外，還要統一MODBUS從站地址，然后根據從站側的地址來確定主站側需要使用的功能碼。

4 結束語

MODBUS作為一種工業控制器的網絡通訊協議，隨著小型成套設備的成熟，和大型DCS系統的通訊日漸增多，其在DCS與小型成套設備之間進行聯網、監控方面發揮著重要作用，本文以浙江中控公司ECS-700 DCS控制系統與西門子S7-200系列PLC控制系統為例，詳述了如何應用Modbus RTU通訊協議以及檢測方法，使得控制器之間的通訊變得更加簡易和清晰。

目前，燕化公司某化工裝置現有成套壓縮機設備的PLC控制系統，與ECS-700 DCS采用了MODBUS通訊，運行狀態及數據傳到DCS系統中，使生產工藝技術人員、操作人員很方便地在DCS操作臺上了解設備的運行狀態，加強了對裝置的安全監控。MODBUS通訊調試成功、投用后，運行平穩，沒有出現任何問題，對裝置的安全、平穩生產起到了重要的作用。