摘要：本文主要討論了network6000分散控制系統(tǒng)t103控制器的modbus通訊接口方式、通訊協(xié)議格式、通訊能力，以及netowork6000分散控制系統(tǒng)通過modbus通訊接口與溫度巡測儀表、soe儀表實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊的聯(lián)接方案。
一概述
分散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的zui重要的思想是信息集中、控制分散”從其誕生、發(fā)展、到現(xiàn)在，數(shù)據(jù)網(wǎng)都是其中的重要組成部分，它是將dcs的“集中”與“分散”兩種思想溶為一體的關(guān)鍵部件。在其發(fā)展的初期，各大dcs廠家都為自己的dcs開發(fā)了高性能的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，然而隨著工業(yè)過程控制系統(tǒng)集成化要求進(jìn)一步提高，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的要求不再僅僅是性能的可靠和數(shù)據(jù)傳遞能力的優(yōu)異，網(wǎng)絡(luò)的開放性能越來越成為衡量其控制系統(tǒng)品質(zhì)的重要標(biāo)志。
network6000分散控制系統(tǒng)（英國eurotherm公司產(chǎn)品）順應(yīng)了這一發(fā)展趨
勢，由高到低的ethemet網(wǎng)、lin網(wǎng)、alin網(wǎng)三層主干通訊網(wǎng)絡(luò)上，ethernet網(wǎng)可與符合以太網(wǎng)通訊協(xié)議的外部設(shè)備進(jìn)行通訊；lin網(wǎng)聯(lián)接分散控制系統(tǒng)的操作員站與t103控制器；alin網(wǎng)完成t103控制器與過程i／o模件之間的通訊。而在t103控制器上設(shè)置有rs／485串行通訊口（t103控制器上固化了modiconmodbus協(xié)議），可以方便地實(shí)現(xiàn)與支持modbus通訊協(xié)議的外部實(shí)時(shí)控制設(shè)備進(jìn)行通訊，由于具有ethernet網(wǎng)、modbus接口這兩層開放的數(shù)據(jù)通訊通道，使得network6000分散控制成為一個(gè)*開放的控制系統(tǒng)。
二t103控制器的moudbus通訊協(xié)議
netwok分散控制系統(tǒng)t103控制器的串行modbus通訊協(xié)議已經(jīng)固化在t103中，是t103控制器軟件的一部分，可方便而靈活地組態(tài)；由于modbus是一個(gè)公開的異步串行通訊協(xié)議，因此其通訊規(guī)約對(duì)用戶來說是*透明的，所以就用戶實(shí)現(xiàn)network6000與外部實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的聯(lián)接而言，其主要的工作就僅僅是理解和確定modbus協(xié)議信息格式及其相關(guān)參數(shù)。
modbus協(xié)議是一種含有主從應(yīng)答和廣播兩種方式的串行通訊協(xié)議，它zui早是由美國gould公司開發(fā)并應(yīng)用于其phc產(chǎn)品，由于該通訊協(xié)議具有完善的命令集和簡潔明確的組織概念，現(xiàn)時(shí)它已經(jīng)成為一種典型的串行通訊規(guī)約，得到了廣泛的應(yīng)用。由于異步串行通訊的速度較低，因此在應(yīng)用中modbm一般均采用主從通訊方式，在modbus網(wǎng)絡(luò)上掛接一個(gè)主站和多個(gè)從站，主站負(fù)責(zé)整個(gè)modbus網(wǎng)絡(luò)的管理工作，只有它才能主動(dòng)地在網(wǎng)上傳遞數(shù)據(jù)。而以從站號(hào)相互區(qū)分的多個(gè)從站，不能主動(dòng)地進(jìn)行網(wǎng)上的任何動(dòng)作，從站只有在收到主站發(fā)出數(shù)據(jù)要求命令時(shí)，它才會(huì)向網(wǎng)上發(fā)送數(shù)據(jù)。
t103控制器的modbus接口，采用modiconmodbusrtu方式。modbusrtu協(xié)議
的命令字包含命令的起始位、從站號(hào)、功能碼、數(shù)據(jù)組、crc校驗(yàn)碼。主系統(tǒng)通過命令中的從站號(hào)選中欲與之通訊的從設(shè)備，利用功能碼和數(shù)據(jù)組向從設(shè)備提出數(shù)據(jù)要求。當(dāng)從設(shè)備接受到主系統(tǒng)的請(qǐng)求數(shù)據(jù)命令后，按照功能碼要求執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，其返回的命令字格式也包含起始位、本設(shè)備從站號(hào)、功能碼、數(shù)據(jù)組、crc校驗(yàn)碼。網(wǎng)上設(shè)備根據(jù)接收的命令字生成crc碼，與命令字自帶的crc校驗(yàn)碼相比較，如果兩個(gè)crc碼相等；認(rèn)為通訊成功，否則標(biāo)志著通訊失敗。
下面以03功能碼為例說明在主從通訊方式下modbus網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊话阋?guī)則。使用03功能碼由從站讀取數(shù)據(jù)是一種常用的方法，其原本的plc概念是readholdingregisters，實(shí)際網(wǎng)上數(shù)據(jù)如表一所示。首先由主站向從站發(fā)出數(shù)據(jù)要求使命令字，例中的從站號(hào)是11號(hào)，數(shù)據(jù)組的意義是要求數(shù)據(jù)的起始地址及數(shù)據(jù)量。這樣一個(gè)命令是發(fā)向網(wǎng)上的11號(hào)從設(shè)備，要求從006b開始的3個(gè)數(shù)據(jù)。
當(dāng)11號(hào)從站接收到這樣一個(gè)命令字后，它將返回如表二所示的命令字，主站要求的功能碼原樣返回，表示從站已正確地接收到主站要求命令。數(shù)據(jù)組中，包含了數(shù)據(jù)組的長度及主站要求的各個(gè)數(shù)據(jù)。在此例中，1l號(hào)從站返回了6個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，分別是022b、0001、0002。當(dāng)主．站收到這個(gè)命令字后，則標(biāo)志本次通訊完成。
t103控制器中的modbus組態(tài)是以modubs數(shù)據(jù)表為主的對(duì)象概念。t103控制器在modubs網(wǎng)上既可以作為主站，也可以作為從站。作為從站時(shí)，本站設(shè)有從站號(hào)，其中的數(shù)據(jù)組成以一張數(shù)據(jù)表來表示。在此表中定義了數(shù)據(jù)在mot,bus網(wǎng)上的地址和數(shù)據(jù)與t103控制器數(shù)據(jù)庫的連接。作為主站時(shí)，其中的數(shù)據(jù)組成包括zui多16張數(shù)據(jù)表格，對(duì)應(yīng)于每一張數(shù)據(jù)表，都有一個(gè)站號(hào)，以說明這張數(shù)據(jù)表將和哪個(gè)一個(gè)從站中的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
t103控制器zui多可對(duì)16個(gè)從站進(jìn)行通訊管理。通訊管理有兩種方法：在默認(rèn)情況下，按順序?qū)?6張表進(jìn)行循環(huán)掃描；也可以控制任意一張表格的數(shù)據(jù)傳輸，控制條件是通過t103控制數(shù)據(jù)進(jìn)行組態(tài)。因此，t103中的modbus組態(tài)給我們提供了極大的便利，可以用來完成一些較為復(fù)雜的網(wǎng)上行為。
由以上的討論可知：在modbus上，主站的作用是關(guān)鍵的，其工作狀態(tài)正常與否，關(guān)系到整個(gè)modbus的工作是否正常。設(shè)計(jì)中確定以t103控制器為主站，這主要是基于t103具有較高的可靠性。當(dāng)然，考慮到數(shù)據(jù)的流向，將t103控制器作為從站，如果其工作不正常，那么設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)傳輸也不能完成。因此定義以t103控制器為主站，欲與之進(jìn)行通訊的設(shè)備定義為從站的設(shè)計(jì)應(yīng)是一個(gè)比較合理的配置。
三通訊能力
如果一個(gè)模擬量測點(diǎn)按三位浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算，加上起始位、本設(shè)備從站號(hào)、功能碼、數(shù)據(jù)組、crc校驗(yàn)碼等，平均約有54個(gè)bit，如modbus的通信速率選擇19200bit／s，通訊負(fù)荷按40％計(jì)及，則每秒約可傳送142個(gè)模擬量測點(diǎn)。如欲通訊的外部設(shè)備為溫度巡測儀，而一般溫度巡測儀的掃描速度為兩秒1點(diǎn)，一臺(tái)60點(diǎn)溫度巡測儀的掃描周期為兩分鐘，那么理論上一臺(tái)t103具有與zui多280臺(tái)60點(diǎn)溫度測儀的通訊的能力，而且不會(huì)因?yàn)閙odbus的通信能力影響數(shù)據(jù)的響應(yīng)速度。
四應(yīng)用方案的實(shí)施
南京下關(guān)電廠2臺(tái)125mw機(jī)組采用neqwork6（x）0分散控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)組的數(shù)
據(jù)采集及閉環(huán)控制功能。為節(jié)省投資，工程實(shí)施方案中成功地將六臺(tái)溫度巡測儀（約360點(diǎn)溫度參數(shù)）及1臺(tái)soe儀表（酗點(diǎn)開關(guān)量參數(shù)）通過t103控制器的modbus接口與dcs完成了通訊，實(shí)現(xiàn)了檢測數(shù)據(jù)的共享。由于巡測儀的數(shù)據(jù)傳輸比較簡單，為此對(duì)于每一臺(tái)巡測儀，我們在t103控制器中設(shè)計(jì)組態(tài)了一張數(shù)據(jù)表，t103控制器周期性地對(duì)其發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令，完成巡測儀數(shù)據(jù)在dcs中的刷新；而對(duì)soe儀表，只在機(jī)組發(fā)生事故的情況下，它才需要向t103控制器傳遞事故數(shù)據(jù)表。那么t103怎樣才能知道soe儀表發(fā)生了事故，然后才向其發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令呢？方案是為soe儀表設(shè)計(jì)了兩張數(shù)據(jù)表，一張是事故數(shù)據(jù)表，而另一張為事故狀態(tài)標(biāo)記表。正常情況下，t103控制器定期地向soe發(fā)送事故標(biāo)記的請(qǐng)求使命，一旦發(fā)現(xiàn)事故標(biāo)記位置，則認(rèn)為有事故發(fā)生，于是t103控制器再向soe發(fā)出事故表的數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令。而在此modbus網(wǎng)絡(luò)組態(tài)設(shè)計(jì)中只有t103控制器能夠主動(dòng)地發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣設(shè)
計(jì)對(duì)于數(shù)據(jù)通訊能力并有很可很強(qiáng)的串行通訊方式而言，能較大幅度地降低網(wǎng)上通訊的負(fù)荷量，合理運(yùn)用modbus的網(wǎng)絡(luò)資源是非常有意義的。
在實(shí)際方案實(shí)施過程中，將modbus的相關(guān)參數(shù)統(tǒng)一如下：
通訊協(xié)議：modbusrtu
串行口類型：rs~422
波特率：9600bps
奇／偶校驗(yàn)：無
數(shù)據(jù)位：8位字節(jié)
停止位：1位
無硬件握手
五結(jié)論
這里討淪的t103控制器的modbus作用類似于現(xiàn)場總線，因此除本案討論的設(shè)備外，電廠其它具備m0dbus接口的控制系統(tǒng)（如程序控制系統(tǒng)）也可以這樣的通訊接口形式與network6000分散控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，這對(duì)于提高過程系統(tǒng)集成化程度，降低控制系統(tǒng)成本有著一定的現(xiàn)實(shí)意義。
network6000分散控制系統(tǒng)帶有modbus這樣一個(gè)有效的標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口，
使整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)開放性大為提高。由于modbus的通用性，使得t103能夠與各種運(yùn)行modbus協(xié)議的設(shè)備互連，同時(shí)由于modubs協(xié)議的公開性和簡單有效，為各廠家開發(fā)支持modbus的設(shè)備提供了便利。而且，由于network6000系統(tǒng)modbus組態(tài)工具方便靈活，更為工程設(shè)計(jì)人員提供了一個(gè)較強(qiáng)功能的串行通訊手段。
縱觀分散控制系統(tǒng)的發(fā)展過程，展望其發(fā)展趨勢，我們相信，就系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的開放性而言，僅僅是停留在串行通訊的模式上是不合適的；同時(shí)，就地安裝的dcs遠(yuǎn)程i／0的發(fā)展，也要求推出一種高性能的現(xiàn)場總線，如果能夠出現(xiàn)一種通用、標(biāo)準(zhǔn)的、開放的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，那么這將是我們所愿意看到的，這將是對(duì)包括network6000制造商在內(nèi)的各dcs廠商提出的一個(gè)新課題。