寧 范軼翔 張 俊

     來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

     摘要：modbus協(xié)議實現(xiàn)水泥生產(chǎn)生料系統(tǒng)中不同操作站的監(jiān)控數(shù)據(jù)集成，采用atl開發(fā)出基于modbus通訊協(xié)議的一種通用接口組件，使得各異構(gòu)成站點可以方便地互連。介紹網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和實現(xiàn)方法，并把modbus和其它幾種協(xié)議如netdde、opc的集成方式作了比較和討論。

     關(guān)鍵詞：dcs

     監(jiān)控數(shù)據(jù)集成 modbus com

     數(shù)據(jù)集成是dcs系統(tǒng)中的關(guān)鍵。一個典型dcs系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上可分為四層[1]：現(xiàn)場級、控制級、監(jiān)控級和管理級。本文討論的是監(jiān)控級，在這一級有許多并列的子站，一般采用計算機作為為機接口，各站點可按功能劃分，分別采集相應(yīng)的現(xiàn)場信號和控制某些局部設(shè)備。但是，各站點之間不是孤立的，它們必須互相配合、協(xié)調(diào)才能保證產(chǎn)品質(zhì)量和實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，這就需要各站點能互通訊息。另外，上級管理網(wǎng)也需要與監(jiān)控級子站交互數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)全局的監(jiān)控和優(yōu)化。

     然而，子站是采用不同開發(fā)平臺、不同通訊協(xié)議組成的異構(gòu)系統(tǒng)，可能由不同的廠家和個為開發(fā)。要為每種協(xié)議寫一個轉(zhuǎn)換接口或驅(qū)動是比較繁瑣的，特別是在站點和協(xié)議較多的時候。因此，怎樣有效集成數(shù)據(jù)，避免信息孤島的出現(xiàn)，是dcs系統(tǒng)中常遇到難點問題之一。

     比較好的方法是各站點都采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，而不必為每一種協(xié)議開發(fā)一個通訊接口。目前這方面的協(xié)議比較多，modbus就是其中的一種。

     1 modbus協(xié)議簡介

     modbus協(xié)議包括ascii、rtu、plus、tcp等，并沒有規(guī)定物理層。此協(xié)議定義了控制器能夠認(rèn)識和使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的[2]。標(biāo)準(zhǔn)的modicon控制器使用rs232c實現(xiàn)串行的modbus。rs232c規(guī)定了連接器針腳、接線、信號電平、波特率、奇偶校驗等信息，modbus的asc水、rtu協(xié)議則在此基礎(chǔ)上規(guī)定了消息、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、命令和就答的方式，如圖1所示。數(shù)據(jù)通訊采用maser/slave方式，master端發(fā)出數(shù)據(jù)請求消息，slave端接收到正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到master端以響應(yīng)請求；master端也可以直接發(fā)消息修改slave端的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)雙向讀寫。

     圖2是一個典型的modbus應(yīng)用示例。modbus可以應(yīng)用在支持modbus協(xié)議的pic和plc之間、plc和個人計算機之間、計算機和計算之間、遠(yuǎn)程plc和計算機之間以及遠(yuǎn)程計算機之間（通過modem連接），可見modbus的應(yīng)用是相當(dāng)廣泛的。由于modbus是一個事實上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，許多廠家的plc、hmi、組態(tài)軟件都支持modbus，而且modbus是一個開放標(biāo)準(zhǔn)，其協(xié)議內(nèi)容可以免費獲得，一些小型廠商甚至個人都可根據(jù)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)出支持modbus的產(chǎn)品或軟件，從而使其產(chǎn)品聯(lián)入到modbus的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中。因此，modbus有著廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)。

     在實際應(yīng)用中，可以使用rs232、rs485/422、modem加電話線、甚至tcp/ip來聯(lián)網(wǎng)[3]。所以，所以，modbus的傳輸介質(zhì)種類較多，可以根據(jù)傳輸距離來選擇。

     2 modbus的具體應(yīng)用

     這里介紹的modbus的具體應(yīng)用是某廠的水泥生料生產(chǎn)質(zhì)量控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)中一共有5個子站：鈣鐵分析儀、四元素分析儀、料位位/料漿塞、配料秤、配庫。每一個子站由一臺計算機和相關(guān)軟、硬件組成，控制系統(tǒng)組成如圖3所示。

     從圖3可看出，系統(tǒng)基本上是兩個控制回路：一路由鈣鐵分析儀、配料秤及控制算法組成，實現(xiàn)磨前精配，即出磨生料質(zhì)量的在線實時閉環(huán)控制；另一路由四元素分析儀、料漿塞、料位儀組成，實現(xiàn)摩后調(diào)配，即入窯前料漿質(zhì)量的均化控制。配庫算法在第二條回路中起控制、優(yōu)化和網(wǎng)絡(luò)接口的作用。系統(tǒng)控制參數(shù)的改變由兩個事件觸發(fā)：鈣鐵儀分析的結(jié)果和四元素分析的結(jié)果。這兩個分析結(jié)果由對用戶定期采得的實際生產(chǎn)中的樣品的分析得到。從圖3還可看出，各站之間是相互聯(lián)系的，它們的協(xié)作關(guān)系到生料生產(chǎn)的質(zhì)量。

     在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計