高中獲獎科技論文(2)
高中獲獎科技論文
高中獲獎科技論文篇二
Modbus通訊協(xié)議在DCS與PLC通訊中的應(yīng)用
【摘要】本文介紹了MODBUS協(xié)議具有偵錯能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸量大、實(shí)時性好等特點(diǎn)，因此成為自控領(lǐng)域使用非常廣泛的通訊語言，介紹了Honeywell TPS系統(tǒng)與Siemens PLC.通過MODBUS協(xié)議進(jìn)行實(shí)時通訊的設(shè)計和井發(fā)，介紹了MODBUS協(xié)議的特點(diǎn)和應(yīng)用過程，對兩系統(tǒng)硬建設(shè)置、軟利組態(tài)以及調(diào)試方面作了較為詳細(xì)的介紹。
【關(guān)鍵詞】Modus通信協(xié)議;分散型控制系統(tǒng);數(shù)據(jù)共享
0.前言
工業(yè)控制己從單機(jī)控制走向分散控制，并走入網(wǎng)絡(luò)時代。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制提供了方便，節(jié)省了成本，提高了性能。實(shí)際應(yīng)用中，往往需要不同廠家控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享，或某集成系統(tǒng)不能滿足控制需要而額外加系統(tǒng)，需要將2種不同系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)。
1.Modbus協(xié)議簡介
Modbus協(xié)議是應(yīng)用于控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器和其他設(shè)備之間可以進(jìn)行通信。它己成為一種通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。通過Modbus 協(xié)議，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。
標(biāo)準(zhǔn)的Modbus 協(xié)議使用RS-232C兼容串行接口，它定義了連接口的針腳、電纜、信號位、傳輸波特率、奇偶校驗(yàn)等?？刂破髂苤苯踊蚪?jīng)山Modem組網(wǎng)。Modbus協(xié)議將通訊參與者規(guī)定為“主"(Master)和“從”(Slave)。主設(shè)備可單獨(dú)和從設(shè)備通信，也能以廣播方式和所有從設(shè)備通信，而從設(shè)備之間不能通信。
Modbus協(xié)議建立了主設(shè)備查詢的格式:設(shè)備(或廣播)地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、錯誤檢測域。設(shè)備(或廣播)地址提供從機(jī)地址，從機(jī)根據(jù)地址判別是否接收請求，以做出相應(yīng)響應(yīng)，用戶必須設(shè)置每臺從機(jī)的地址。功能代碼告訴從機(jī)該完成什么樣的動作，例如功能代碼3表示讀取從機(jī)保持寄存器并返回其中的內(nèi)容，數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容就必須包括從機(jī)的寄存器地址，需要讀的寄存器的個數(shù)。錯誤校驗(yàn)域用于校驗(yàn)信息是否正確傳輸，采用循環(huán)冗長檢測方法，CRC域附加在消急的最后，添加時先是低字節(jié)然后是高字節(jié)。故CRC的高位字節(jié)是發(fā)送消息的最后一個字節(jié)。
2.通信系統(tǒng)硬件組成及連接
Modbus 協(xié)議運(yùn)行在RS-232/RS-485標(biāo)準(zhǔn)的接口系統(tǒng)中，實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)現(xiàn)場情況決定用哪一種:RS-232只能實(shí)現(xiàn)一對一的連接，其傳輸速率局限于20 Kbps,并且傳輸距離在沒有Modem的情況下只有15m左右(用戶可以用Modem擴(kuò)展傳輸距離);RS-485最多可驅(qū)動32臺設(shè)備，其傳輸距離在100 Kbps時可達(dá)1200m。
TPS系統(tǒng)的RS-485接口最多可以連接15個設(shè)備，連接方法可參考手冊，終端要有120Ω的終端電阻。
3.通信系統(tǒng)硬件組態(tài)及編程
3.1 TPS系統(tǒng)組態(tài)
首先對SI IOP進(jìn)行組態(tài)。在HPM(APM)控制功能組態(tài)中有以下一些參數(shù)與通訊有關(guān):
NNUMERIC：Numeries量的最大個數(shù)，要求為16的倍數(shù)。
NSTRING：Strings量的最大個數(shù)，要求為16的倍數(shù)。
NTIME：Times量的最大個數(shù)，要求為32的倍數(shù)。
NARRSLOT：最大可以設(shè)置256個A rray點(diǎn)，其中最多80個可用于SI卡。
SCANPER：指明HPMM(APMM)以多長的周期掃描SI數(shù)據(jù)并把它們打包進(jìn)Array點(diǎn)中，此參數(shù)影響到A rray點(diǎn)的最大設(shè)置量。當(dāng)掃描周期為1s時，A rray點(diǎn)最多為80個;當(dāng)掃描周期為0.5s時，Array點(diǎn)最多為40個;當(dāng)掃描周期為0.25s時，Array點(diǎn)最多為20個。
組態(tài)畫面的第2頁組態(tài)Array點(diǎn)的類型、大小和起始地址索引。注意每種點(diǎn)的類型不能超過其規(guī)定的大小。其起始地址可為。0-99999之間的任意數(shù)值，TPS系統(tǒng)通過起始地址定義Modbus功能號和數(shù)據(jù)傳送地址，其中最高位決定所選用Modbus功能號，低4位為Modbus功能號讀/寫數(shù)據(jù)的地址。
3.2 Siemens PLC中的組態(tài)與編程
CP341/CP441-2模塊是西門子S7-300/400系列PLC中支持Modbus串行通訊的模塊，CP341有1個(CP441-2有2個)串行通訊口(RS-232C或TTY或RS-485/422)。以使用這種通訊模塊實(shí)現(xiàn)S7 300/400與Modbus主從站通訊，該系統(tǒng)使用CP341。要實(shí)現(xiàn)Modbus通訊時，需要在CP341/CP441-2模塊上插入相應(yīng)協(xié)議的硬件狗，CP模板才能夠支持Modbus(RTU格式)。
首先安裝STEP7 5.x軟件和CP34.x模板所帶的軟件驅(qū)動程序。模板驅(qū)動程序包括了對CP341進(jìn)行參數(shù)化的窗口、用于串行通訊的FB程序塊、模板不同應(yīng)用方式的例子程序，CP341模板手冊的附錄B中說明了CP模板通訊口的針腳定義。當(dāng)系統(tǒng)上電，CP341模板初始化完成后，SF燈點(diǎn)亮;斷電，在CP模塊上插入Modbus從站硬件狗，然后安裝Modbus從站軟件包，安裝完軟件包后，就可在項目中組態(tài)Modbus從站，雙擊CP341模塊，記錄下模板的硬件地址(編程時用到此參數(shù))，在模塊的屬性窗口中點(diǎn)擊Parameter:按鈕，選擇Modbus從站協(xié)議，將PC和PLC連接起來，PLC上電，點(diǎn)擊Load Drivers圖標(biāo)，彈出裝載驅(qū)動窗口:點(diǎn)擊Load Drivers按鈕，完成從站驅(qū)動安裝過程，進(jìn)行Modbus驅(qū)動裝載的時候,PLC必須處于STOP狀態(tài)。再雙擊信封圖標(biāo)，打開Modbus從站參數(shù)設(shè)置窗口，具體設(shè)置參數(shù)有波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位、停止位、從站地址等。
設(shè)置完參數(shù)后進(jìn)行編程，F(xiàn)B80是CP341的Modbus通訊功能塊，Modbus通訊功能塊用DB80作為其背景數(shù)據(jù)塊。FB 180是CY441-2的Modbus通訊功能塊，其背景功能塊為DB180，這2個功能塊必須在用戶程序的循環(huán)程序中運(yùn)行(通常為081)。在081中調(diào)用FB80/ FB180，設(shè)置其輸入輸出參數(shù)，F(xiàn)B80和FB 180中參數(shù)具體可參考手冊。
PLC每一次冷啟動后必須進(jìn)行1次Modbus功能塊初始化設(shè)置，具體體現(xiàn)為給CP_STA-RT 1個上升沿觸發(fā)信號，OB100為PLC冷啟動后執(zhí)行的第1個功能塊，此處OB100是為通訊進(jìn)行一些初始化設(shè)置。Modbus通訊功能塊調(diào)用FB 7 "PRCV_RK"(Receive data)和FB 8“P_SN D_RK"(Send data)(CP341)，SFB BSEN D( CP 441-2)進(jìn)行CP和功能塊之間的通信，故相應(yīng)的功能塊也應(yīng)組態(tài)在工程中并下裝到CPU中。
4.結(jié)束語
目前DCS在石化企業(yè)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，但在一些場合，比如開關(guān)量較多、安全可靠性要求不是很高、信號比較集中等場合，DCS并不是最佳選擇，這時候也可以考慮PLC和DCS相結(jié)合的方法。使用這種方法，不但減小了TPS系統(tǒng)的控制負(fù)荷，提高了控制精度，而且費(fèi)用較低，起到了良好的經(jīng)濟(jì)效益。 [科]
【參考文獻(xiàn)】
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