PLC與DCS互聯(lián)-溫克強

1、PLC與DCS聯(lián)網(wǎng)通信PLC與DCS聯(lián)網(wǎng)通信1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介 1.1 工業(yè)控制網(wǎng)絡的發(fā)展史、國內(nèi)應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1.2 工業(yè)控制網(wǎng)絡的分類 1.3 無線通信的發(fā)展和工業(yè)應用2.PLC與DCS的互聯(lián)通信技術3.聯(lián)網(wǎng)通信應用實例 1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介1.1、工業(yè)控制網(wǎng)絡的發(fā)展歷史 70年代中期以前，工業(yè)控制表現(xiàn)為就地控制，集中控制 70年代中期到90年代初，工業(yè)控制表現(xiàn)為一直到目前為止還應用廣泛的集散控制系統(tǒng)（DCS），雖然DCS技術已經(jīng)發(fā)展到相當成熟的地步，但它仍然存在著許多缺點，其一就是一對一的結(jié)構(gòu)特點。 1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介 現(xiàn)場總線的出現(xiàn)促進了現(xiàn)場設備的數(shù)字化和網(wǎng)絡化，并且使現(xiàn)場控

2、制的功能更強大，這一改進帶來了過程控制系統(tǒng)的開放性，使系統(tǒng)成為具有測量、控制、執(zhí)行和過程診斷的綜合能力的控制網(wǎng)絡，然而目前國際上有40多種現(xiàn)場總線，由于不同總線代表不同公司的利益，各大廠商都在積極參與和把持標準的制定工作。這導致了在現(xiàn)有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和應用水平上，現(xiàn)場總線已經(jīng)很難統(tǒng)一，使其不易被廣泛應用 以太網(wǎng)的出現(xiàn)和飛速發(fā)展為工業(yè)控制網(wǎng)絡提供了新的選擇。目前以太網(wǎng)技術是最符合網(wǎng)絡控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線特點的技術（數(shù)字式互連網(wǎng)絡，互操作性，開放性和高網(wǎng)絡性能） 3種技術技術就目前國內(nèi)情況和不同的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境也是各有優(yōu)缺點，孰優(yōu)孰劣要具體問題具體分析1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介工業(yè)控制網(wǎng)絡的國內(nèi)應用現(xiàn)狀集散控制系

3、統(tǒng)（DCS）應用現(xiàn)狀：自75年問世以來，大約經(jīng)歷了3次比較大的變革，70年代操作站的硬件、操作系統(tǒng)、監(jiān)視軟件都是專用的，由各個DCS廠家自己開發(fā)，也沒有動態(tài)流程圖，通信網(wǎng)絡基本上都是輪詢方式的；80年代通信網(wǎng)絡較多使用令牌方式；90年代操作站出現(xiàn)了通用系統(tǒng)，90年代末通信網(wǎng)絡有的開始部分遵循TCP/IP協(xié)議，有的采用以太網(wǎng)，DCS經(jīng)過在國內(nèi)20多年的發(fā)展，已經(jīng)廣泛應用于各工業(yè)領域并趨于成熟，成為目前的工業(yè)控制的主流1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介 近年來，為了使DCS更適用于工業(yè)生產(chǎn)，新一代的DCS做了一部分改進： 系統(tǒng)開放化 采用通用工作站 超大型化和微型化 通信介質(zhì)多樣化 DCS與PLC相互融合 軟件

4、不斷豐富 1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介DCS發(fā)展方向：向綜合方向發(fā)展向智能方向發(fā)展工業(yè)PC化1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）應用現(xiàn)狀：現(xiàn)場總線發(fā)展迅速，現(xiàn)在處于群雄并起、百家爭鳴的階段，目前有40多種，最有影響力的有5種，分別為FF、Profibus、HART、CAN和Lonworks。發(fā)展方向：許多專家預測以太網(wǎng)將是它們的最終發(fā)展方向，這些是由以太網(wǎng)的特點及現(xiàn)狀決定的。1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介以太網(wǎng)：工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)發(fā)展越來越分散化，同時系統(tǒng)越來越復雜，內(nèi)部的連接要求越來越高速化緊密化，更多的是系統(tǒng)細分成了獨立的控制孤島，因此對網(wǎng)絡的要求也越來越高；價格因素也是目前很關鍵的一方

5、面；加之管控一體化的要求，更加使以太網(wǎng)顯示出其優(yōu)勢 1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介充分考慮今后的發(fā)展需要，具有高傳輸速率，目前到1000M/S高傳輸安全性和可靠性，集線器技術的確定性幾乎不需要考慮網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)傳輸物理介質(zhì)：雙絞線、光纖、同軸電纜集線器的應用可不需要考慮網(wǎng)絡的擴展建立一個標準：一個新的工業(yè)控制總線標準與IT連接，“世界標準”的TCP/IP技術的應用在整個網(wǎng)絡中的隨機的網(wǎng)絡存取技術低成本高性能面向未來的開發(fā)1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介工業(yè)以太網(wǎng)應用現(xiàn)狀：工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線相比，它能提供一個開放的標準，是企業(yè)從現(xiàn)場控制到管理層實現(xiàn)全面的無縫的信息集成，解決了由于協(xié)議上的不同導致的“自動化孤島”問題

6、，但從目前的發(fā)展看，工業(yè)以太網(wǎng)在控制領域的應用主要體現(xiàn)在以下幾種形式 1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介混合EtherNet/Fieldbus的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)實際上就是信息網(wǎng)絡和控制網(wǎng)絡的一種典型的集成形式。以太網(wǎng)正在逐步向現(xiàn)場設備級深入發(fā)展，并盡可能的和其他網(wǎng)絡形式走向融合，但以太網(wǎng)和TCP/IP原本不是面向控制領域的，在體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議規(guī)則、物理介質(zhì)、數(shù)據(jù)、軟件、實驗環(huán)境等諸多方面并不成熟，而現(xiàn)場總線能完全滿足現(xiàn)代企業(yè)對底層控制網(wǎng)絡的基本要求，實現(xiàn)真正的全分布式系統(tǒng)。因此，在企業(yè)信息層采用以太網(wǎng)，而在底層設備級采用現(xiàn)場總線，通過通信控制器實現(xiàn)兩者的信息交換。1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介基于Web的網(wǎng)絡監(jiān)控平臺嵌

7、人式以太網(wǎng)是最近網(wǎng)絡應用熱點，就是通過Internet使所有連接網(wǎng)絡的設備彼此互通，從計算機、PDA、通信設備到儀器儀表、家用電器等。在企業(yè)內(nèi)部，可以利用企業(yè)信息網(wǎng)絡，進行工廠實時運行數(shù)據(jù)的發(fā)布和顯示，管理者通過Web瀏覽器對現(xiàn)場工況進行實時遠程監(jiān)控、遠程設備調(diào)試和遠程設備故障診斷和處理。實現(xiàn)的最簡單辦法就是采用獨立的以太網(wǎng)控制器，連接具有TCP/IP界面的控制主機以及具有RS-232或RS-4.85接口的現(xiàn)場設備。以太網(wǎng)控制器在這里扮演了通用計算機網(wǎng)絡和現(xiàn)場各類設備之間的一個橋梁。 1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)展方向：（一） 工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線相結(jié)合 工業(yè)以太網(wǎng)技術的研究還只是近幾年才

8、引起國內(nèi)外工控專家的關注。而現(xiàn)場總線經(jīng)過十幾年的發(fā)展，在技術上日漸成熟，在市場上也開始了全面推廣，并且形成了一定的市場。就目前而言，全面代替現(xiàn)場總線還存在一些問題，需要進一步深入研究基于工業(yè)以太網(wǎng)的全新控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，開發(fā)出基于工業(yè)以太網(wǎng)的系列產(chǎn)品。因此，近一段時間內(nèi)，工業(yè)以太網(wǎng)技術的發(fā)展將與現(xiàn)場總線相結(jié)合1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介（二） 工業(yè)以太網(wǎng)技術直接應用于工業(yè)現(xiàn)場設備間的通信已成大勢所趨 隨著以太網(wǎng)通信速率的提高、全雙工通信、交換技術的發(fā)展，為以太網(wǎng)的通信確定性的解決提供了技術基礎，從而消除了以太網(wǎng)直接應用于工業(yè)現(xiàn)場設備間通信的主要障礙，為以太網(wǎng)直接應用于工業(yè)現(xiàn)場設備間通信提供了技術可能。

9、 1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介工業(yè)控制網(wǎng)絡分類：按交換技術劃分：線路交換網(wǎng)、分組交換網(wǎng)。按傳輸技術劃分：廣播網(wǎng)、非廣播多路訪問網(wǎng)、 點到點網(wǎng)。按拓撲結(jié)構(gòu)劃分：總線型、星型、環(huán)型、樹型、 全網(wǎng)狀和部分網(wǎng)狀網(wǎng)絡。按傳輸介質(zhì)劃分：同軸電纜、雙絞線、光纖、 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡。按網(wǎng)絡規(guī)模劃分：局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、 網(wǎng)間網(wǎng)。按傳輸速率劃分：10M、100M、1000M1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介工業(yè)控制網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu) 工業(yè)控制網(wǎng)絡實際上可用生產(chǎn)金字塔結(jié)構(gòu)來描述它的結(jié)構(gòu)，不同的廠家的網(wǎng)絡層數(shù)不同，各層功能有所差異，但都標明在整個工廠的自動化系統(tǒng)中，由下到上，在各層中發(fā)揮不同的作用，共同特點：上層負責生產(chǎn)管理，底層負責現(xiàn)場控制與

10、檢測，中間負責生產(chǎn)過程的監(jiān)控及優(yōu)化。1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介國際標準化組織（ISO）對企業(yè)自動化系統(tǒng)的建模進行了一系列研究后提出了這樣的金字塔模式： 1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介實際上根據(jù)我們的習慣一般劃分為這樣的模式 ：1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介無線通信的發(fā)展和工業(yè)應用無線網(wǎng)絡，顧名思義是利用無線電波而非線纜來實現(xiàn)與計算機設備位置無關的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，是現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向。隨著計算機網(wǎng)絡技術、無線技術以及智能傳感器技術的相互滲透、結(jié)合，產(chǎn)生了基于無線技術的網(wǎng)絡化智能傳感器的全新概念。這種基于無線技術的網(wǎng)絡化智能傳感器，使得工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)能夠通過無線鏈路直接在網(wǎng)絡上傳輸、發(fā)布和共享 ，無線通訊

11、技術能夠在工廠環(huán)境下，為各種智能現(xiàn)場設備、移動機器人以及各種自動化設備之間的通信提供高帶寬的無線數(shù)據(jù)鏈路和靈活的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，在一些特殊環(huán)境下有效地彌補了有線網(wǎng)絡的不足，進一步完善了工業(yè)控制網(wǎng)絡的通信性能。 1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介目前，在工業(yè)自動化領域中無線通訊技術協(xié)議主要是：對于可用于現(xiàn)場設備層的無線短程網(wǎng)，采用的主流協(xié)議是IEEE 802.15.4（ZigBee）；對于大數(shù)據(jù)容量的短程無線通信，則是IEEE 802.15.3；而對于適應較大傳輸覆蓋面和較大信息傳輸量的無線局域網(wǎng)，采用的是IEEE 802.11系列。其中應用的重點是無線短程網(wǎng)和無線局域網(wǎng) 1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介發(fā)展方向1）當前重

12、要的發(fā)展方向是通信協(xié)議的標準化。如無線系統(tǒng)與現(xiàn)有系統(tǒng)的共存性（Co-existence），不同廠家設備的相互可操作性以及系統(tǒng)之間的相互協(xié)作性，這些都有賴于制定能被普遍接受的無線通信協(xié)議。2）無線局域網(wǎng)今后的研究方向主要集中在安全性、可靠性、能耗性、移動漫游、網(wǎng)絡管理以及與其它移動通信系統(tǒng)之間的關系等問題上。其發(fā)展方向有：更高的通訊速率；研發(fā)智能天線進一步提高頻譜利用率，增加覆蓋范圍；與Wimax （微波存取全球互通Worldwide Interoperability for Microwave Access)融合，支持高速、移動接入。 1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介 3）現(xiàn)場總線的無線傳輸?shù)目尚行哉谠u

13、估，無線通訊技術將會和現(xiàn)場總線技術更加緊密結(jié)合。4）無線傳輸目前尚處在發(fā)展的早期階段。無線技術首先會用在樓宇自動化、自動抄表、事故響應、設備監(jiān)控等領域得到應用。當前較適宜應用的行業(yè)有：汽車制造、食品加工、制藥和設備資產(chǎn)跟蹤等。5）由于工廠無線技術種類較多，技術特征差異比較大，無線通信只是現(xiàn)有有線通信系統(tǒng)的一種發(fā)展和重要補充，決非一種替代，工業(yè)控制網(wǎng)絡將向有線和無線相結(jié)合方向發(fā)展 1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介 近年來，以太網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡架構(gòu)已越來越廣泛的應用于自動化工業(yè)領域，取代傳統(tǒng)的串口通信將成為自動化系統(tǒng)通信的主流。無線局域網(wǎng)技術在工業(yè)控制中的應用，主要包括數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控等，幫助用戶實現(xiàn)移動設

14、備與固定網(wǎng)絡的通訊或移動設備之間的通訊，且堅固、可靠、安全。它適用于各種工業(yè)環(huán)境，即使在極惡劣的情況下也能夠保證網(wǎng)絡的可靠性和安全性。在設備層則將現(xiàn)場感應器、檢測器、PLC、讀卡器或其他設備，互相連接形成一個無線傳感器控制網(wǎng)絡，作為信息系統(tǒng)內(nèi)管理收集數(shù)據(jù)的工具。現(xiàn)在最終用戶和系統(tǒng)集成商都對無線傳感器網(wǎng)絡技術表現(xiàn)出了越發(fā)濃郁的興趣。工廠無線通訊的發(fā)展前景看好，國內(nèi)業(yè)界應該更緊密地關注該項技術1.工業(yè)控制網(wǎng)絡簡介2.PLC與DCS的互聯(lián)通信技術 在工業(yè)應用中，往往有不同廠家控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享，或因某即成系統(tǒng)不能滿足控制需要而加上額外系統(tǒng)等原因，而需要將兩種不同系統(tǒng)進行互聯(lián)，在這里面經(jīng)常用到的就是P

15、LC和DCS的互聯(lián) 某化工廠原有一套HONEYWELL TPS系統(tǒng)，其中一些邏輯點的掃描速率要求是0.1S,過去由HONEYWELL DCS控制，但其最快掃描時間是0.25S，依靠DCS無法很好地滿足工藝要求，在今年的改造中決定用PLC代替DCS對這些數(shù)據(jù)的采集與控制，但數(shù)據(jù)要與DCS共享，并由DCS操作站來實現(xiàn)對PLC的監(jiān)控 2.PLC與DCS的互聯(lián)通信技術21 同一廠家的PLC與DCS互聯(lián) 22 不同廠家的PLC與DCS互聯(lián) 221 支持相同協(xié)議的互聯(lián) 222 無相同協(xié)議的互聯(lián) 2.PLC與DCS的互聯(lián)通信技術21 同一廠家的PLC與DCS互聯(lián) 如果DCS、PLC是同一個廠商開發(fā)的， PL

16、C作為DCS網(wǎng)絡上一個結(jié)點，在設計時已經(jīng)有通訊接口，他們兩個系統(tǒng)的總線用橋連接起來，用戶不用作工作。2.PLC與DCS的互聯(lián)通信技術如HONEYWELL的TDC3000，可以把邏輯管理器（LM）和過程管理器（HPM）接到UCN上。連在LCN上的操作站能看到DCS、PLC的數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)量和傳輸速度兩個指標都很理想，但邏輯管理器是HONEYWELL自己生產(chǎn)的,價格比較貴，而且是早期的產(chǎn)品，現(xiàn)在已經(jīng)停產(chǎn)，一些技術指標與常用的PLC有區(qū)別。其它通用的PLC如AB的PLC只能連在LCN上，通過GATEWAY接口（PLCG）與PLC相連，這種辦法的缺點是GATEWAY的價格比較高。 2.PLC與DCS的互

17、聯(lián)通信技術2.PLC與DCS的互聯(lián)通信技術SBHM冗余的局域控制網(wǎng) LCN網(wǎng)絡接口模件(冗余)3對控制站(冗余)HPMGUS工程師站GUS操作站冗余的萬能控制網(wǎng) UCN13對邏輯管理器(冗余)LM如西門子的DCS是TELEPEM、可編程是PCS7，他們的CS275和PCS7 SYSTEM BUS兩條總線通過GATWAY橋連接起來,這種互聯(lián)辦法費用要高一些。不僅傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量多，而且速度也快 。 2.PLC與DCS的互聯(lián)通信技術2.PLC與DCS的互聯(lián)通信技術缺點： 所有軟硬件都是同一廠家的，與其它廠商的設備連網(wǎng)有一定的困難，而且價格昂貴。 現(xiàn)在有一個新的名詞：技術毒品，只要第一次購買某一廠商的產(chǎn)

18、品，以后必須買它的產(chǎn)品，否則沒有辦法互連。現(xiàn)在傳統(tǒng)DCS沒有互連的通用平臺。 2.PLC與DCS的互聯(lián)通信技術221 不同廠家支持相同協(xié)議的互聯(lián) 傳統(tǒng)DCS和PLC互聯(lián)大部分都是把PLC作為一個部件，當成DCS的輸入、輸出。DCS廠商專門開發(fā)出一塊接口卡 和互連的軟件，在DCS的I/O總線上，PLC和其它DCS的I/O板的地位是一樣的。接口卡上的RS232串行口和PLC主機或PLC總線通訊。在DCS的控制器的功能塊上必須有能讀、寫PLC數(shù)據(jù)的功能塊，和總線通訊要軟件捆綁，經(jīng)組態(tài)后能把數(shù)據(jù)送到DCS網(wǎng)絡上，然后送到操作站上 2.PLC與DCS的互聯(lián)通信技術 Honeywell公司開發(fā)了PLC的S

19、I互連卡，把互連卡SI插在控制器的機柜中，經(jīng)過組態(tài)，PLC的數(shù)據(jù)就可以寫進DCS。在DCS的操作站的顯示器上就可以顯示。 橫河公司的系統(tǒng)，也有Modbus協(xié)議卡（PX卡），也可接收PLC的信號 2.PLC與DCS的互聯(lián)通信技術優(yōu)點： 簡單易行，價格低廉，所以為目前應用最多的互聯(lián)方式缺點： 在操作站上反映比較慢，在現(xiàn)場考查，PLC的某個狀態(tài)有變化，在操作站上顯示出來，大約幾秒，如果送的數(shù)據(jù)少，反映能快一些 2.PLC與DCS的互聯(lián)通信技術222 無相同協(xié)議的互聯(lián) 2.PLC與DCS的互聯(lián)通信技術 如果PLC也有通用操作站，兩臺操作站的監(jiān)控軟件是相同的，這時兩臺操作站安裝以太網(wǎng)卡，兩臺可以連到以太

20、網(wǎng)上，把兩臺操作站當成服務器，在以太網(wǎng)的客戶機上能互看信息。即使兩臺操作站的監(jiān)控軟件不同，如都帶有OPC服務器，經(jīng)組態(tài)后，也可以互看信息。所示的互連辦法有兩種辦法，如果服務器與客戶機采用相同的監(jiān)控軟件，服務器上應該有DCS、PLC的驅(qū)動軟件 2.PLC與DCS的互聯(lián)通信技術SERVERRSERVERREthernetCLIENTCLIENTOPC技術 OPC(OLE Forprocess contro1)是建立在微軟的OLE(即現(xiàn)在的ActiveX)、COM與DCOM技術基礎上，由OPC基金會組織制定的用于過程控制和制造業(yè)自動化中應用軟件開發(fā)的一組包括接口、方法和屬性的標準。OPC為工業(yè)自動化

21、系統(tǒng)中的各種不同的現(xiàn)場器件之間的通信提供了一個公共接口，即為不同的應用之間交換數(shù)據(jù)提供了一種標準的機制?，F(xiàn)在已經(jīng)公布的OPC標準相當于一個通用的驅(qū)動程序，它取代了原來基于PC的各種應用程序(HMI、SCADA、先進控制、智能控制等)與現(xiàn)場工業(yè)自動化設備及管理層MIS通信時所需的互不兼容的各種驅(qū)動程序 對于客戶應用程序而言，底層的現(xiàn)場設備是透明的，它在調(diào)用現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)時，無需知道具體的數(shù)據(jù)格式10。OPC把開發(fā)訪問接口的任務放在硬件生產(chǎn)廠家或第三方廠家，以服務器的形式提供給客戶，并規(guī)定了一系列的接口標準，而客戶負責創(chuàng)建服務器的對象及訪問服務器支持的接口。最終用戶按照OPC標準開發(fā)的在客戶機上運

22、行的應用程序，可以通過OPC服務器與任何數(shù)據(jù)源交換數(shù)據(jù)，不必知道數(shù)據(jù)源的特性。硬件和數(shù)據(jù)庫的開發(fā)商根據(jù)自己產(chǎn)品的特性，并遵循OPC標準開發(fā)的OPC服務器，則可適用于任何應用軟件。 OPC基金會已經(jīng)陸續(xù)公布的標準包括：OPC DA(數(shù)據(jù)訪問)，OPC HDA(歷史數(shù)據(jù)訪問)，OPC A & E(報警與事件)，OPC Batch(批處理)，OPC Security(安全)。除上述標準外，OPC標準還在不斷發(fā)展，增加功能，正處于開發(fā)階段的標準包括：OPC ComPlexData(復雜數(shù)據(jù))，OPC CommonIO(公共輸入輸出)，還有正在擴展的新功能，如OPCxML(可擴展標記語言)，OPC DX

23、(以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換)。 2.PLC與DCS的互聯(lián)通信技術小結(jié)： 到目前為止，PLC、老一代DCS互連還沒有統(tǒng)一模式，各種DCS、PLC都要具體討論采用那一種辦法，最常用的是采用Modbus協(xié)議，RS232和RS485或Ethernet傳輸信息。 MODBUS協(xié)議簡介 3.聯(lián)網(wǎng)通信應用實例 MODBUS協(xié)議是應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、控制器和其它設備之間可以進行通信。它已成為一種通用工業(yè)標準。通過MODBUS協(xié)議，不同廠商生產(chǎn)的控制設備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡。 標準的Modbus口使用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、奇偶校驗等。

24、控制器能直接或經(jīng)由Modem組網(wǎng)。MODBUS協(xié)議將通訊參與者規(guī)定為“主”（MASTER）和“從”（SLAVE）。主設備可單獨和從設備通信，也能以廣播方式和所有從設備通信,而從設備之間不能通信。主設備與從設備之間通信的報文形式為請求/響應幀方式，在同一MODBUS網(wǎng)絡中僅一臺設備（主設備）能初始化傳輸（查詢）, 其它設備（從設備）根據(jù)主設備查詢提供的數(shù)據(jù)（功能碼）作出相應反應，不需握手。如果單獨通信，從設備返回一個消息作為回應，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應 3.聯(lián)網(wǎng)通信應用實例 MODBUS協(xié)議建立了主設備查詢的格式：設備（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。設備（

25、或廣播）地址提供從機地址，從機根據(jù)地址判別是否接收請求，以做出相應響應，用戶必須設置每臺從機的地址。功能代碼告訴從機該完成什么樣的動作，例如功能代碼3表示讀取從機保持寄存器并返回其中的內(nèi)容，數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容就必須包括從機的寄存器地址，需要讀的寄存器的個數(shù)。錯誤校驗域用于教研信息是否正確傳輸，采用循環(huán)冗長檢測方法，CRC域附加在消息的最后，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) 3.聯(lián)網(wǎng)通信應用實例 從設備回應消息也由Modbus協(xié)議構(gòu)成，包括確認要行動的域、任何要返回的數(shù)據(jù)和一個錯誤檢測域。如果在消息接收過程中發(fā)生錯誤，或從設備不能執(zhí)行其命令，從設備將建立一個錯誤

26、消息并把它作為回應發(fā)送出去。查詢回應周期 MODBUS協(xié)議有兩種通訊傳輸模式，一種是ASCII模式，另一種是RTU模式。ASCII模式的主要優(yōu)點是字符發(fā)送的時間間隔可達到1秒而不產(chǎn)生錯誤。RTU模式的主要優(yōu)點是：在同樣的波特率下，可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù)。用戶選擇想要的模式，包括串口通信參數(shù)（波特率、校驗方式等），在配置每個控制器的時候，在一個Modbus網(wǎng)絡上的所有設備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)。3.聯(lián)網(wǎng)通信應用實例 ASCII（美國標準信息交換代碼）模式:地址功能代碼數(shù)據(jù)數(shù)量數(shù)據(jù)1.數(shù)據(jù)nLRC高字節(jié)LRC低字節(jié)回車換行 RTU （遠程終端單元）模式地址功能代碼數(shù)據(jù)數(shù)量數(shù)據(jù)

27、1.數(shù)據(jù)nCRC低字節(jié)CRC高字節(jié)當用ASCII模式時，在消息中的每個8Bit字節(jié)都作為兩個ASCII字符發(fā)送，這種方式的主要優(yōu)點是字符發(fā)送的時間間隔可達到1秒而不產(chǎn)生錯誤 當用 RTU模式時，在消息中的每個8Bit字節(jié)包含兩個4Bit的十六進制字符 ，這種方式的主要優(yōu)點是：在同樣的波特率下，可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù) 兩種傳輸模式中（ASCII或RTU），傳輸設備以將Modbus消息轉(zhuǎn)為有起點和終點的幀，這就允許接收的設備在消息起始處開始工作，讀地址分配信息，判斷哪一個設備被選中（廣播方式則傳給所有設備），判知何時信息已完成。部分的消息也能偵測到錯誤并且能設置為返回結(jié)果。 使用ASCI

28、I模式，消息以冒號（:）字符（ASCII碼 3AH）開始，以回車換行符結(jié)束（ASCII碼 0DH,0AH）。其它域可以使用的傳輸字符是十六進制的0.9,A.F。網(wǎng)絡上的設備不斷偵測“:”字符，當有一個冒號接收到時，每個設備都解碼下個域（地址域）來判斷是否發(fā)給自己的。消息中字符間發(fā)送的時間間隔最長不能超過1秒，否則接收的設備將認為傳輸錯誤。 使用RTU模式，消息發(fā)送至少要以3.5個字符時間的停頓間隔開始。在網(wǎng)絡波特率下多樣的字符時間，這是最容易實現(xiàn)的(如下圖的T1-T2-T3-T4所示)。傳輸?shù)牡谝粋€域是設備地址?？梢允褂玫膫鬏斪址鞘M制的0.9,A.F。網(wǎng)絡設備不斷偵測網(wǎng)絡總線，包括停頓間

29、隔時間內(nèi)。當?shù)谝粋€域（地址域）接收到，每個設備都進行解碼以判斷是否發(fā)往自己的。在最后一個傳輸字符之后，一個至少3.5個字符時間的停頓標定了消息的結(jié)束。一個新的消息可在此停頓后開始。整個消息幀必須作為一連續(xù)的流轉(zhuǎn)輸。如果在幀完成之前有超過1.5個字符時間的停頓時間，接收設備將刷新不完整的消息并假定下一字節(jié)是一個新消息的地址域。同樣地，如果一個新消息在小于3.5個字符時間內(nèi)接著前個消息開始，接收的設備將認為它是前一消息的延續(xù)。這將導致一個錯誤，因為在最后的CRC域的值不可能是正確的。地址域消息幀的地址域包含兩個字符（ASCII）或8Bit（RTU）?？赡艿膹脑O備地址是0.247 (十進制)。單個設

30、備的地址范圍是1.247。主設備通過將要聯(lián)絡的從設備的地址放入消息中的地址域來選通從設備。當從設備發(fā)送回應消息時，它把自己的地址放入回應的地址域中，以便主設備知道是哪一個設備作出回應。地址0是用作廣播地址，以使所有的從設備都能認識。當Modbus協(xié)議用于更高水準的網(wǎng)絡，廣播可能不允許或以其它方式代替。功能域消息幀中的功能代碼域包含了兩個字符（ASCII）或8Bits（RTU）。可能的代碼范圍是十進制的1.255。當然，有些代碼是適用于所有控制器，有此是應用于某種控制器，還有些保留以備后用。當消息從主設備發(fā)往從設備時，功能代碼域?qū)⒏嬷畯脑O備需要執(zhí)行哪些行為。例如去讀取輸入的開關狀態(tài)，讀一組寄存器

31、的數(shù)據(jù)內(nèi)容，讀從設備的診斷狀態(tài)，允許調(diào)入、記錄、校驗在從設備中的程序等。當從設備回應時，它使用功能代碼域來指示是正?；貞?無誤)還是有某種錯誤發(fā)生（稱作異議回應）。對正常回應，從設備僅回應相應的功能代碼。對異議回應，從設備返回一等同于正常代碼的代碼，但最重要的位置為邏輯1。例如：一從主設備發(fā)往從設備的消息要求讀一組保持寄存器，將產(chǎn)生如下功能代碼： 0 0 0 0 0 0 1 1 （十六進制03H） 對正常回應，從設備僅回應同樣的功能代碼。對異議回應，它返回： 1 0 0 0 0 0 1 1 （十六進制83H） 除功能代碼因異議錯誤作了修改外，從設備將一獨特的代碼放到回應消息的數(shù)據(jù)域中，這能告訴

32、主設備發(fā)生了什么錯誤。 主設備應用程序得到異議的回應后，典型的處理過程是重發(fā)消息，或者診斷發(fā)給從設備的消息并報告給操作員。 MODBUS共有64種功能代碼，其中功能碼2264保留作擴展功能備用，常用的幾種如右表所示：3.聯(lián)網(wǎng)通信應用實例 功能代碼功能注釋1讀取線圈狀態(tài) 取得一組邏輯線圈的當前狀態(tài)（ON/OFF）2讀取輸入狀態(tài) 取得一組開關輸入的當前狀態(tài)（ON/OFF） 3讀取保持寄存器 在一個或多個保持寄存器中取得當前的二進制值 4讀取輸入寄存器 在一個或多個輸入寄存器中取得當前的二進制值 5強置單線圈 強置一個邏輯線圈的通斷（ON/OFF）狀態(tài) 6預置單寄存器 把具體的二進制值裝入一個保持寄

33、存器 7讀取異常狀態(tài) 取得8個內(nèi)部線圈的通斷狀態(tài)，這八個線圈的地址由控制器決定，用戶邏輯可以將這些線圈定義，以說明從機狀態(tài)，短報文適宜于迅速讀取狀態(tài) 8回送診斷測試 把診斷校驗報文送從機，以對通信處理進行評鑒 15強置多線圈 強置一串連續(xù)邏輯線圈的通斷 16預置多寄存器 把具體的二進制值裝入一串連續(xù)的保持寄存器中 數(shù)據(jù)域 數(shù)據(jù)域是由兩個十六進制數(shù)集合構(gòu)成的，范圍00.FF。根據(jù)網(wǎng)絡傳輸模式，這可以是由一對ASCII字符組成或由一RTU字符組成。 從主設備發(fā)給從設備消息的數(shù)據(jù)域包含附加的信息：從設備必須用于進行執(zhí)行由功能代碼所定義的所為。這包括了象不連續(xù)的寄存器地址，要處理項的數(shù)目，域中實際數(shù)據(jù)

34、字節(jié)數(shù)。 例如：如果主設備需要從設備讀取一組保持寄存器（功能代碼03），數(shù)據(jù)域指定了起始寄存器以及要讀的寄存器數(shù)量。如果主設備寫一組從設備的寄存器（功能代碼10十六進制），數(shù)據(jù)域則指明了要寫的起始寄存器以及要寫的寄存器數(shù)量，數(shù)據(jù)域的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，要寫入寄存器的數(shù)據(jù)。 如果沒有錯誤發(fā)生，從從設備返回的數(shù)據(jù)域包含請求的數(shù)據(jù)。如果有錯誤發(fā)生，此域包含一異議代碼，主設備應用程序可以用來判斷采取下一步行動。 在某種消息中數(shù)據(jù)域可以是不存在的（0長度）。例如，主設備要求從設備回應通信事件記錄（功能代碼0B十六進制），從設備不需任何附加的信息。 錯誤檢測域 標準的Modbus網(wǎng)絡有兩種錯誤檢測方法。錯誤檢測域

35、的內(nèi)容視所選的檢測方法而定。 ASCII 當選用ASCII模式作字符幀，錯誤檢測域包含兩個ASCII字符。這是使用LRC（縱向冗長檢測）方法對消息內(nèi)容計算得出的，不包括開始的冒號符及回車換行符。LRC字符附加在回車換行符前面。 RTU 當選用RTU模式作字符幀，錯誤檢測域包含一16Bits值(用兩個8位的字符來實現(xiàn))。錯誤檢測域的內(nèi)容是通過對消息內(nèi)容進行循環(huán)冗長檢測方法得出的。CRC域附加在消息的最后，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)。 字符的連續(xù)傳輸 當消息在標準的Modbus系列網(wǎng)絡傳輸時，每個字符或字節(jié)以如下方式發(fā)送（從左到右）： 最低有效位.最高

36、有效位 使用ASCII字符幀時，位的序列是： 有奇偶校驗： 啟始位1234567奇偶位停止位無奇偶校驗：啟始位1234567停止位停止位使用RTU字符幀時，位的序列是： 有奇偶校驗 啟始位12345678奇偶位停止位無奇偶校驗 啟始位12345678停止位停止位海天煒業(yè)自動化控制系統(tǒng) HAITIAN WEIYE AUTOMATIC CONTROL3.聯(lián)網(wǎng)通信應用實例 通信系統(tǒng)硬件組成及連接 MODBUS協(xié)議運行在RS232/RS485標準的接口系統(tǒng)中，實際應用中，可根據(jù)現(xiàn)場情況決定用哪一種：RS232只能實現(xiàn)一對一的連接，其傳輸速率局限于20kbps，并且傳輸距離在沒有MODEM的情況下只在1

37、5米左右（用戶可以用MODEM擴展傳輸距離）；RS485最多可驅(qū)動32臺設備，其傳輸距離在100kbps時可達1200米。海天煒業(yè)自動化控制系統(tǒng) HAITIAN WEIYE AUTOMATIC CONTROLHONEYWELL TPS系統(tǒng)通過SI IOP(Serial Interface Input/Output Processor)及其對應的FTA（Field Termination Assembly）進行串行通訊。每個IOP可帶一個或兩個FTA,FTA通過電源適配卡與IOP進行連接，其FTA有兩種，一種是Allen-Bradley SI FTA (Model MU-TSIA12)，只有RS

38、232接口，用來與AB PLC相連，另一種是MODBUS SI FTA (Model MU-TSIM12)，可與其它任何標準RS232/485接口的設備相連，其RS232接口為25針母頭。SIEMENS PLC可裝載MODBUS主站/從站(RTU格式)驅(qū)動有CP341或CP441-2兩種串行通訊卡，有RS232/20mA(TTY)/RS485三種不同傳輸接口類型，其RS232接口為9針公頭。兩者連接方法如下表所示。HONEYWELL RS232接口管腳定義Siemens RS232接口管腳定義用途名稱管腳號管腳號名稱用途數(shù)據(jù)接收端RXD33TXD數(shù)據(jù)發(fā)送端數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD22RXD數(shù)據(jù)接收端系

39、統(tǒng)地GND57GND系統(tǒng)地 HONEYWELL與SIEMENS RS232接口管腳定義與連接方法RS485的連接定義 HONEYWELL RS485接口最多可以連接15個設備，連接方法可參考手冊，終端要有120歐姆的終端電阻 APM或HPMSIIOP電源適配卡ModelMU-TSIM12SI FTAModelMU-TSIM12SI FTAMODBUS設備1MODBUS設備15MODBUS設備FTA電纜RS232接口設備RS485接口設備UCN通信系統(tǒng)硬件組態(tài)及編程HONEYWELL組態(tài)首先對SI IOP進行組態(tài)。進入工程師主菜單，選擇Network Interface Module，選擇Nod

40、e Specific Configuration，進行SI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： NNUMERICNumber of Numerics，Numerics量的最大 個數(shù)，要求為16的倍數(shù) NSTRING Number of Strings，Strings量的最大個數(shù)， 要求為16的倍數(shù) NTIME Number of Times，Times量的最大個數(shù)，要求為32的倍數(shù) NARRSLOT Number of array slots，最大可以設置256個Array點，其中最多80個可用于SI卡 SCANPER此參數(shù)指明HPMM(APMM)以多長的周期掃描S

41、I數(shù)據(jù)并把它們打包進Array點中，此參數(shù)影響到Array點的最大設置量，當掃描周期為1s時，Array點最多為80個，當掃描周期為0.5s時，Array點最多為40個，當掃描周期為0.25s時，Array點最多為20個。設置完參數(shù)后在IO MODULE CONFIGRATION中組態(tài)SI卡，組態(tài)方法與其它模件組態(tài)方法相同。HONEYWELL通過ARRAY點與外設備進行串行通訊，每個SI卡能帶32個Slot（Array點），16個slot（Array點）在FTA1，另16個Slot（Array點）在FTA2。一個Array點可組512個Bool（Flag）量，或16個Reals（Numeric

42、s），或32個Integers（Numerics），或64個Byte-sized(Numerics)，或64個ASCII字符（Strings）。一個Array點只能用Strings、Flags、Numerics中的一種類型作為變量， Array點的傳送數(shù)據(jù)表示法，由點名、數(shù)據(jù)類型、索引號（i）三部分組成，如：ARR01.FL（9），其中ARR01是Array點名，F(xiàn)L表示此Array點是Flag量，（9）表示是此Array點的第九個量。 變量參數(shù)表示法FlagsFL（i）NumericsNN（i）StringsSTRn（i）（注釋）TimesTime（i）注：STRn（i）中n代表字符串長度，

43、可為8、16、32、64，如ARRO3.STR32（1）四種變量的表示方法 :進入過程點組態(tài)畫面，選擇Array點，有以下幾個重要參數(shù)需要設置： IOPNUM the SI IOP module number，SI IOP的模件號，與在Node Specific Configuration中的組態(tài)相對應 FTANUM the FTA number, 1 or 2，選擇用哪一塊FTA DEVADDR the serial link device address，PLC在MODBUS通訊網(wǎng)上的地址，與PLC中的設置應一致 SCANPRI FTA scan priority, low or high

44、，此參數(shù)決定FTA從外部設備讀數(shù)據(jù)的速率，對標準MODBUS和AB串行設備無用 AUX and A-B DATAAUXDATA參數(shù)是用來設置與標準MODBUS設備通訊參數(shù)，每一項都有默認的參數(shù)（NaN），如果外部設備沒有此項參數(shù)的設置就用默認值，否則要與外部設備參數(shù)相對應。AB DATA參數(shù)用來設置與AB PLC通訊時的參數(shù)，當與非AB設備通訊時設置為默認值。 具體設置參數(shù)及其含義為：AUXDATA1,指明一個MODBUS邏輯線圈地址，用以說明HPM/APM的子系統(tǒng)中的MODBUS設備是一直處于激活狀態(tài)，范圍在009999之間，不同的Array點不能設置同一個值，HPM/APM每10秒鐘向此地

45、址寫一次數(shù)據(jù)以驗證此設備是否處于激活狀態(tài)，或者設置為Nan（無，此時不使用邏輯線圈地址驗證）；AUXDATA2,定義重新發(fā)送消息的時間間隔，用來設置發(fā)送命令后的響應時間，如果這段時間內(nèi)沒有收到響應，則重新發(fā)送指令，當再連續(xù)發(fā)送兩次指令仍然沒有響應時產(chǎn)生一個MSGTMOUT出錯信息，范圍在0.255S之間，如果用默認值，則為1.5S AUXDATA3,以整數(shù)/小數(shù)格式指明信號標準和有無MODEM：mmm.n，其中mmm指明信號標準，可為232或485，分別代表接口標準用RS232或RS485，n為是否存在MODEM，0時表示無, 1表示有。例如232.0表示以無MODEM的RS232通訊方式連接

46、，系統(tǒng)默認方式為此方式；AUXDATA4, 以整數(shù)/小數(shù)格式指明波特率和奇偶校驗位：bbbbb.n，其中bbbbb設置波特率，可為19200，9600，4800，2400或1200，n為奇偶校驗位，可選值為0、1、2，0表示無奇偶校驗，1為奇校驗，2為偶校驗。 組態(tài)畫面的第二頁組態(tài)Array點的類型、大小和起始地址索引。注意每種點的類型不能超過其規(guī)定的大小。其起始地址可為099999之間的任意數(shù)值，HONEYWELL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，低四位為MODBUS功能號讀/寫數(shù)據(jù)的地址，表4為HONEYWELL的MODBUS地址分配

47、及其對應功能表。 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中的支持MODBUS串行通訊的模塊，這些模塊具有1個（CP441-2有2個）串行通訊口（RS232C或TTY或RS485/422），可以使用這種通訊模塊實現(xiàn)S7300/400與Modbus主從站通訊，本系統(tǒng)使用CP341。要實現(xiàn)MODBUS通訊時，需要在CP341/CP441-2模塊上插入相應協(xié)議的硬件狗后，CP模板才能夠支持MODBUS（RTU格式），CP441-2使用同樣的硬件狗。 MODBUS為單主站網(wǎng)絡協(xié)議，所以系統(tǒng)中只能夠有一個Modbus主站，并且只能夠?qū)崿F(xiàn)主站

48、和從站的數(shù)據(jù)交換，從站之間不能進行數(shù)據(jù)交換。CP341插入MODBUS主站Dongle或插入從站Dongle,就可以作為MODBUS主站，或者作為MODBUS從站，如右圖： CP34x調(diào)試過程在您的計算機上首先安裝STEP7 5.x軟件和CP34x模板所帶的軟件驅(qū)動程序，模板驅(qū)動程序包括了對CP341進行參數(shù)化的窗口（在STEP7的硬件組態(tài)界面下可以打開）、用于串行通訊的FB程序塊、模板不同應用方式的例子程序（光盤上CP34x模板手冊的附錄B中說明了CP模板通訊口的針腳定義）當系統(tǒng)上電，CP34x模板初始化完成后，CP34x上的SF燈點亮； 參數(shù)化CP34x模板：在硬件組態(tài)窗口中雙擊CP34x

49、模板，打開CP34x模板的屬性窗口，請記錄下模板的硬件地址：在編寫通訊程序時，你需要該地址參數(shù) 點擊：Parameters按鈕選擇你所要使用的通訊協(xié)議，這里我們選用MODBUS SLAVE協(xié)議 將您的PC和PLC連接起來，PLC上電，點擊Load Drivers圖標，彈出裝載驅(qū)動窗口,點擊Load Drivers按鈕，完成從站驅(qū)動安裝過程，進行Modbus驅(qū)動裝載的時候，PLC必須處于STOP狀態(tài) 雙擊信封圖標 ,彈出Modebus Slave協(xié)議通訊參數(shù)設置窗口，默認從站地址222，這里我們使用默認值：9600 bit/s, 8 data bits, 1 stop bit, even par

50、ity。然后在設定modubs從站的Function Code地址與PLC中M，I，Q等地址的對應關系 ，以上所設定的參數(shù)含義是Modbus主站讀從站的前256個位（00001-00256）對應S7300站中MB0-MB31中的數(shù)據(jù)，主站讀從站第257個到512個位對應QB0-QB31 Function Code 01，05，15 對應M，Q，T，C等數(shù)據(jù)區(qū)，可讀可寫，具體的字節(jié)范圍由您在modbus從站組態(tài)時設定。Function Code 02對應M，I數(shù)據(jù)區(qū)，只讀，具體的字節(jié)范圍由您在modbus從站組態(tài)時設定。Function Code 03，06，16 對應DB區(qū)，可讀可寫，在modbus從站組態(tài)時設定對應的DB塊。Function Code 04 對應DB區(qū)，只讀，在modbus從站組態(tài)時設定對應的DB塊。 編寫通訊程序：在安裝完CP34x/CP44x的驅(qū)動程序，Modbus主站軟件，Modbus從站軟件等3個軟件后，你可以在目錄.SiemensSTEP7Examples當中找到關于CP34x/CP44x的串口通訊和Modbus通訊的例子程序，通過在STEP7軟件的SIMATIC Manager下打開例子程序，在STEP7的SIMATIC M