化工廠DCS與PLC的Modbus通訊應用研究論文
1 裝置概況
本廠的雙螺桿擠出機控制系統采用西門子s 7 -300PLC，上位監控機位于現場廠房內，中央控制室的崗位操作人員不能對其監視，為方便崗位操作人員對現場裝置的運行情況進行實時監控，決定將此裝置的運行參數引入DCS控制系統。
Modbus協議具有數據傳輸量大、偵錯能力強、實時性好等特點，該廠的DCS系統和此裝置控制系統都有支持Modbus通訊接口，所以采用Modbus通訊方案來實現DCS系統和該控制系統之間的通訊功能。
2 通訊卡安裝、組態及通訊協議設置
2.1 安裝及硬件組態
安裝：CP341進行Modbus從站通訊時，需要安裝硬件狗，按照安裝說明把硬件狗插入到CP341卡的背面插槽中。針對該項目將CP設計安裝在和CPU同一機架上UR(0)，通過U型連接件將CP341和其前面的信號模塊卡連接起來，然后通過緊固螺絲將其固定在機架上，最后將24V電源線接到CP341卡的電源端子上給其供電。CP341電氣接口按照RS485接口類型方式進行連接，組成半雙工通訊，根據CP431-RS485接口定義連接4T(A)-號和11 T(B)+號接線端子。
硬件組態：通過雙擊SIMATIC MANAGER圖標進入管理器窗口，點擊窗口左面的SIMATIC300站點，在窗口的右面出現Hardware圖標和已組態的CPU圖標，雙擊Hardware圖標進入項目的硬件組態畫面，根據CP的實際安裝位置，在硬件目錄中選擇CP341(6ES7 341-1CH01-0AE0)通訊卡將其拖放到與CPU同一個機架UR(0)的第十個插槽，然后點擊保存和編譯按鈕對硬件組態進行保存編譯，然后將CPU硬件置于Stop位，把組態的硬件下載到CPU中。在CP341參數設置對話框的Protocol菜單中選擇MODBUS SLAVE選項，然后點擊Load drivers加載CP的驅動。
注意：首次組態通訊卡后需要編譯下載到CPU，否則在加載CP341驅動時將會加載不成功。
2.2 通訊協議設置及功能碼對應從站地址設定通訊協議設置是定義通訊時的波特率、幀特性以及從站地址，通訊雙方的協議設置一致是通訊成功的關鍵，以下是針對該廠的通訊協議設置。通訊協議方式選擇RTU(遠程終端)方式，進入CP341通訊卡的Protocol協議設置窗口，在Modbus-Slave菜單下設置從站地址為3(地址范圍1～255)，波特率選擇9600、數據位8、停止位1、奇偶校驗選擇偶校驗(even)，在Interface菜單中按照上文所說的實際連線方式，選擇操作模式為半雙工(RS485)兩線制操作模式，選擇Signal R(A)0Volt Signal R(B)5 Volt的接線方式。
功能碼對應從站地址的設定：按照該廠要求只需在DCS進行該裝置的監視，故功能碼FC01、05、15及FC02對應的M、Q、T、C、I等數據區不需要進行設定，使用其默認值0即可。在FC03、06、16功能碼菜單下設定程序中沒有使用的基本數據塊DB7，FC04功能碼菜單下設定程序中沒有使用的基本數據塊DB8，在Limits菜單下MIN DB中設定DB7，MAX DB中設定DB8，來限定MODBUS訪問的`數據區只是在這兩個數據區中，根據該廠的通訊要求Modbus只需要讀取SIMATIC輸入寄存器，不需FC03功能讀取保持寄存器，DB7數據塊實際上未用。
3 程序編寫
在程序的塊文件夾里插入數據塊DB7、DB8、DB80和DB81，插入功能FC15、FC16，以下對插入到程序中新對象作用分別作介紹：DB8數據塊區是用于存放將要傳送到DCS的數據，該項目中創建了數據類型為WORD的20個數據字存儲區。DB80數據塊作用是作為FB80功能塊的工作數據區也稱為背景數據區，不需要進行任何設置。DB81數據塊中是存放FB80通訊功能塊的參數初始值。FC15功能是實現調用CP341的通訊功能塊FB80。FC16功能是實現將要傳送到DCS的數據通過使用MOVE傳送指令傳送到DB8數據塊里面。FC15、FC16的功能能夠被執行需要在組織塊OB1主程序中調用。每次CPU冷啟動或暖啟動之后，都要執行MODBUS通訊FB的初始化，通過CP_START輸入處的上升沿激活初始化，因此在組織塊OB100(CPU暖啟動)或OB101(CPU冷啟動)中添加程序。該項目中在OB100中添加如下一段程序：
AN DB81.DBX0.0 // 設置CP_START
S DB81.DBX0.0 //
A DB81.DBX0.1 // 重置 CP_START_FM
R DB81.DBX0.0 //
LADDR是CP的基址，使用硬件配置中CP的地址，該項目中地址為496。
START_TIMER定時器，定時器超時初始化，該項目中使用定時器T200，START_TIME S5Time，時間值超時初始化，該項目按照常規設置為5秒，其余參數則按其初始值設置即可。將CPU置于STOP位，把新編寫的程序全部下載到CPU中，然后再將其置于RUN位。
4 通訊測試方法及測試
測試時通過Modbus通訊測試軟件來分別充當主站、從站與PLC和DCS進行通訊，通過發送或接受報文的方式查看通訊情況是否正常。
測試軟件Mdbus32作主站和PLC進行通訊測試，電氣連接通過RS485轉RS232的轉換器連接至PC機的DB-9針串行數據口，Modbus測試軟件通訊協議設置按照PLC方進行，確保雙方的協議設置一致。設定從PLC讀取數據的Modbus起始地址及數據個數，點擊在線按鈕將通訊伙伴連接，打開測試軟件的監視器窗口監視讀取數據的情況。實際的通訊情況證明通訊雙方的電氣接線及通訊設置均正確，實現了數據的正確傳送，CP341通訊卡的通訊指示燈RXTX交替閃爍。
5 DCS和CP341通訊的實現
FBM224現場總線組件是I/A Series系統中作通訊的卡件，提供4個Modbus總線接口(RS-422和/或RS-485)，傳輸數據類型是2字節或4字節的帶符號整數或不帶符號整數，4字節單精度浮點值或二進制值，字節交換和位交換可選，據此應注意在I/A系統的ICC程序組態器中對通訊點的讀取要正確填寫其數據類型和數據位的長度。該項目中做主站的設置Modbus地址從1開始，對應Modbus消息幀的寄存器編號值是0，則訪問SIMATIC數據區是從數據字DB8.DBW0開始訪問此DB，更高的Modbus寄存器編號訪問此后的數據字。要保證通訊數據地址的有效性，防止出現通訊地址錯位。
6 結語
運行實踐證明，應用Modbus通訊實現DCS和PLC之間的通訊是一種方便、可行、可靠性高和低成本的方案。
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