1、基于 Foxboro I/As 系统 ModBus 通信的应用 姚奇昊 耿斌 光大环保能源(苏州)有限公司 光大环保能源(常州)有限公司 摘 要： 介绍 Foxboro I/As DCS 系统的 Modbus 通信及其应用, 阐述该系统的运用, 并简要介绍了 Modbus 通讯在 DCS 行业内的现状。关键词： DCS; Modbus 通讯; I/As 系统; FBM230; 传输协议; 收稿日期：2017-07-18Received： 2017-07-180 引言根据环办环监201733 号通知精神, 生活垃圾焚烧监控 (监测) 联网传输技术要求:DCS 温度、直接测量温度均应以数字信号从
2、DCS 接入数据采集仪, 经数据采集仪传输至污染源自动监控系统。这就要求现场的 DCS 系统具备数字通信的能力, 同时还应了解数据采集仪端通讯协议的具体技术参数, 使之完全匹配。光大环保能源 (常州) 有限公司是一家垃圾焚烧发电企业, DCS 采用了 Foxboro的 I/AS 系统, 在与数据采集仪厂家技术交流后, 得知 DCS 与数据采集仪之间的数字通讯采用了 Modbus 协议, 电气接口采用的是 RS-232 串口。由于现场双方距离较远, 因此铺设了 150 m DP 通讯线作为物理连线, RS-485 电气接线方式接至 DCS 端, 在数据采集仪端采用 RS-485 转 RS-232
3、 转换接头, 再接至数据采集仪, 完成物理上的通讯连接。Modbus 协议是由 Modicon (现为施耐德电气公司的一个品牌) 在 1979 年开发的第一个真正用于工业现场的总线协议, 而 Foxboro 的 I/AS 系统目前亦是施耐德电气公司的一个品牌, 因此 Foxboro 的这套 DCS 系统在 Modbus 通讯方面具有更大的优势。1 Modbus 通讯的概述Modbus 是 OSI 模型第 7 层之上的应用层报文传输协议, 它在不同类型总线或网络设备之间提供主站设备/从站设备通信。协议存在于串行链路 (RS-232RS-485) 、TCP/IP 以太网 (TCP/IP 物理层)
4、以及其它支持互联网协议的网络版本。串行链路连接存在 RTU 模式和 ASCII 模式两个变种, TCP/IP 物理层的连接则存在多个 Modbus/TCP 变种。通常情况下, 协议是一个主/从构架, 通讯网络中有一个节点为主站 (Master) , 其它均为从站 (Slave) , 每一个从站 (Slave) 设备都有一个唯一的地址。两者之间数据传输是一个请求 (Request) /应答 (Response) 的过程, Modbus 功能码定义了通讯所要执行的动作, 协议中规定了 3 类功能码公共功能码、用户自定义功能码和保留功能码, 而常用的便是公共功能码中的 01 读线圈状态、02 读离散
5、输入状态、03 读保持寄存器、04 读输入寄存器这四种。因此, 依据数据采集仪的通讯要求, 需要明确了解 Modbus 协议中的链路状态、数据报文中的设备地址、功能码、起始地址、寄存器数等相关参数, 才能实现一个有效的 Modbus 通讯。2 F oxboro 的 DCS (I/As) 系统 FBM230 通讯卡及其配置基于 Foxboro 的 DCS (I/As) 系统 Modbus 通讯就必须要用到 FBM230 通讯卡, 该卡件可以接 4 个通道, 可接 RS-232/RS-422/RS-485 标准电气接口, 根据不同的驱动文件的加载, 可实现 Modbus 主站或者从站通讯功能。(1
6、) 根据实际数据采集仪厂家所提供的通讯参数, 要求 DCS 端 Modbus 通讯卡做从站设置, 由 FDSI Configurator 配置工具, 设定 FBM230 通讯卡的通道号Port1, 接口模式为 RS-485, 波特率为 9600, 无奇偶校验, 停止位为 8, 数据位 MODBUS/RTU+20+To=20。(2) 添加硬件 FBM230 并加载其驱动同时上线。在 Ingegrated Control Configurator 组态中, PRIMARY_ECB 下添加一块类型为 ECB200 的卡;指定HWTYPE 为 230;指定驱动文件为 MBSLAVE.ZIPH (若指定
7、为 MODBUS.ZIPH 驱动则此卡为 Modbus 主站) 。在 System Management Display Handler 中可以查看到此上线的卡件, EQUIP CHG 命令进入, 分别依次执行 GOON-LINE、SOFT DOWNLOAD、DB DOWNLOAD 命令, 完成整个硬件的添加和配置。可在 EQUIP INFO中看到整个卡件的详细信息。(3) 指定通道和分配地址。仍然在 Ingegrated Control Configurator 组态中, PRIMARY_ECB 下添加一块类型为 ECB201 的卡;指定 HWTYPE 为 230;指定 PARENT为前面所
8、配 ECB200 的名称, 即指定了前面所配 ECB200 与此 ECB201 的关联;指定 DVNAME 为 1, 即指定了从站的设备地址;指定 PORTNO 为 1, 即启用了通道 1端口。在 System Management Display Handler 中刚才所建 FBM230 卡件下会有一个子选项, 点 NEXT LEVEL 进入, 选定这一 DEV230 设备, ENABLE COMMUNICATIONS 命令启用这一通讯端口。同样可在 EQUIP INFO 中查看整个卡件的详细信息。3 组态 Modbus 通讯中的各个点位完成硬件端的所有配置后, 只需要在 Ingegrate
9、d Control Configurator 中组态各个通讯点的信息, 根据通知要求, 只需要将炉温点的数据通讯到数据采集仪。因此对于这种浮点数且为对外输出的数据类型, 需要添加一块 ROUT 类型的模块;IOM_IO 为前面硬件组态所设的 ECB201 卡的名称;PNO_NO 为 400001:F4, 这其中即指定了功能码又指定了数据类型为浮点数;指定 MEAS 为现场过来的炉温点;设置 HSCO1 和 LSCO1, 标记此点的量程范围。这样就完成了一个点位的组态, 接下来组态其它的点位。需要注意的是, PNO_NO 的连续性应该是间隔的, 即 400001 后面紧跟的应该是 400003,
10、 而不是400002, 由于浮点位占用了两个地址位, 这里的设置必须要小心。4 连线与调试FBM230 卡件既可以作为 Modbus 主站, 又可以作为 Modbus 从站, 两者之间除了加载的驱动不同外, 还需要在对外通讯的连接上做好正确接线。应该区别对待这两种工作状态下的接线方式, 也就是说不同的主站必须单独在一个通讯回路里, 一个通讯回路中仅且只能存在一个主站。对于组态和接线是否成功, 可通过第三方软件进行调试, 常用的 Modbus Poll和 Modbus Slave 就是一对模拟 Modbus 主站和从站的调试工具。将笔记本电脑通过 USB 转 485 通讯转换器接入至 FBM23
11、0 通讯卡件, 启用 Modbus Poll 调试工具, 设置好对应的通讯参数, 就可实时看到通讯数据是否正常。一旦调试成功, 即可接入数据采集仪, 由数据采集仪厂商设置采集仪相应配置, 完成最终的工作。5 结语Modb us 通讯是一项极为成熟的通讯手段, Foxboro 的 FBM230 通讯卡件无论是从性能还是配置上都达到了一个工业标准化通讯的高度, I/As 系统还有一款带冗余功能的 Modbus 通讯卡件 FBM231, 这也为现场通讯的可靠稳定提供了更有利的平台。另外, 笔者也了解了相关 DCS 厂家的 Modbus 通讯方式, 爱默生的Ovation 系统、新华的 XDC800 系统、和利时最新的 MACS 系统都具备了硬件通讯的功能。在实施的方法上也是大同小异, 但仍然有部分老旧的 DCS 系统不能实现卡件硬件上的直接通讯。而通过工程师站软件 (例如 HOLLi ASComm 软件) 的二次中转, 或者外挂模数转换器, 也不失为一种补救的方法。参考文献1杨更更.Modbus 软件开发实战指南M.北京:清华大学出版社, 2017. 2苏宗进.横河 DCS 系统 Mod Bus 通讯的实现J.自动化应用, 2017 (4) .
