PLC与DCS互联温克强.ppt

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1、PLC与DCS联网通信,PLC与DCS联网通信1.工业控制网络简介 1.1 工业控制网络的发展史、国内应用现状及发展趋势 1.2 工业控制网络的分类 1.3 无线通信的发展和工业应用2.PLC与DCS的互联通信技术3.联网通信应用实例,1.工业控制网络简介,1.1、工业控制网络的发展历史 70年代中期以前，工业控制表现为就地控制，集中控制 70年代中期到90年代初，工业控制表现为一直到目前为止还应用广泛的集散控制系统（DCS），虽然DCS技术已经发展到相当成熟的地步，但它仍然存在着许多缺点，其一就是一对一的结构特点。,1.工业控制网络简介,现场总线的出现促进了现场设备的数字化和网络化，并且使现

2、场控制的功能更强大，这一改进带来了过程控制系统的开放性，使系统成为具有测量、控制、执行和过程诊断的综合能力的控制网络，然而目前国际上有40多种现场总线，由于不同总线代表不同公司的利益，各大厂商都在积极参与和把持标准的制定工作。这导致了在现有的产品结构和应用水平上，现场总线已经很难统一，使其不易被广泛应用,以太网的出现和飞速发展为工业控制网络提供了新的选择。目前以太网技术是最符合网络控制系统现场总线特点的技术（数字式互连网络，互操作性，开放性和高网络性能）3种技术技术就目前国内情况和不同的工业现场环境也是各有优缺点，孰优孰劣要具体问题具体分析,1.工业控制网络简介,工业控制网络的国内应用现状集散

3、控制系统（DCS）应用现状：自75年问世以来，大约经历了3次比较大的变革，70年代操作站的硬件、操作系统、监视软件都是专用的，由各个DCS厂家自己开发，也没有动态流程图，通信网络基本上都是轮询方式的；80年代通信网络较多使用令牌方式；90年代操作站出现了通用系统，90年代末通信网络有的开始部分遵循TCP/IP协议，有的采用以太网，DCS经过在国内20多年的发展，已经广泛应用于各工业领域并趋于成熟，成为目前的工业控制的主流,1.工业控制网络简介,近年来，为了使DCS更适用于工业生产，新一代的DCS做了一部分改进：系统开放化 采用通用工作站 超大型化和微型化 通信介质多样化 DCS与PLC相互融合

4、 软件不断丰富,1.工业控制网络简介,DCS发展方向：向综合方向发展向智能方向发展工业PC化,1.工业控制网络简介,现场总线控制系统（FCS）应用现状：现场总线发展迅速，现在处于群雄并起、百家争鸣的阶段，目前有40多种，最有影响力的有5种，分别为FF、Profibus、HART、CAN和Lonworks。发展方向：许多专家预测以太网将是它们的最终发展方向，这些是由以太网的特点及现状决定的。,1.工业控制网络简介,以太网：工业自动化控制系统的网络结构发展越来越分散化，同时系统越来越复杂，内部的连接要求越来越高速化紧密化，更多的是系统细分成了独立的控制孤岛，因此对网络的要求也越来越高；价格因素也是

5、目前很关键的一方面；加之管控一体化的要求，更加使以太网显示出其优势,1.工业控制网络简介,充分考虑今后的发展需要，具有高传输速率，目前到1000M/S高传输安全性和可靠性，集线器技术的确定性几乎不需要考虑网络的拓扑结构传输物理介质：双绞线、光纤、同轴电缆集线器的应用可不需要考虑网络的扩展建立一个标准：一个新的工业控制总线标准与IT连接，“世界标准”的TCP/IP技术的应用在整个网络中的随机的网络存取技术低成本高性能面向未来的开发,1.工业控制网络简介,工业以太网应用现状：工业以太网与现场总线相比，它能提供一个开放的标准，是企业从现场控制到管理层实现全面的无缝的信息集成，解决了由于协议上的不同导

6、致的“自动化孤岛”问题，但从目前的发展看，工业以太网在控制领域的应用主要体现在以下几种形式,1.工业控制网络简介,混合EtherNet/Fieldbus的网络结构这种结构实际上就是信息网络和控制网络的一种典型的集成形式。以太网正在逐步向现场设备级深入发展，并尽可能的和其他网络形式走向融合，但以太网和TCP/IP原本不是面向控制领域的，在体系结构、协议规则、物理介质、数据、软件、实验环境等诸多方面并不成熟，而现场总线能完全满足现代企业对底层控制网络的基本要求，实现真正的全分布式系统。因此，在企业信息层采用以太网，而在底层设备级采用现场总线，通过通信控制器实现两者的信息交换。,1.工业控制网络简介

7、,基于Web的网络监控平台嵌人式以太网是最近网络应用热点，就是通过Internet使所有连接网络的设备彼此互通，从计算机、PDA、通信设备到仪器仪表、家用电器等。在企业内部，可以利用企业信息网络，进行工厂实时运行数据的发布和显示，管理者通过Web浏览器对现场工况进行实时远程监控、远程设备调试和远程设备故障诊断和处理。实现的最简单办法就是采用独立的以太网控制器，连接具有TCP/IP界面的控制主机以及具有RS-232或RS-4.85接口的现场设备。以太网控制器在这里扮演了通用计算机网络和现场各类设备之间的一个桥梁。,1.工业控制网络简介,工业以太网发展方向：（一）工业以太网与现场总线相结合 工业以

8、太网技术的研究还只是近几年才引起国内外工控专家的关注。而现场总线经过十几年的发展，在技术上日渐成熟，在市场上也开始了全面推广，并且形成了一定的市场。就目前而言，全面代替现场总线还存在一些问题，需要进一步深入研究基于工业以太网的全新控制系统体系结构，开发出基于工业以太网的系列产品。因此，近一段时间内，工业以太网技术的发展将与现场总线相结合,1.工业控制网络简介,（二）工业以太网技术直接应用于工业现场设备间的通信已成大势所趋 随着以太网通信速率的提高、全双工通信、交换技术的发展，为以太网的通信确定性的解决提供了技术基础，从而消除了以太网直接应用于工业现场设备间通信的主要障碍，为以太网直接应用于工业

9、现场设备间通信提供了技术可能。,1.工业控制网络简介,工业控制网络分类：按交换技术划分：线路交换网、分组交换网。按传输技术划分：广播网、非广播多路访问网、点到点网。按拓扑结构划分：总线型、星型、环型、树型、全网状和部分网状网络。按传输介质划分：同轴电缆、双绞线、光纤、卫星通信网络。按网络规模划分：局域网、城域网、广域网、网间网。按传输速率划分：10M、100M、1000M,1.工业控制网络简介,工业控制网络的结构 工业控制网络实际上可用生产金字塔结构来描述它的结构，不同的厂家的网络层数不同，各层功能有所差异，但都标明在整个工厂的自动化系统中，由下到上，在各层中发挥不同的作用，共同特点：上层负责

10、生产管理，底层负责现场控制与检测，中间负责生产过程的监控及优化。,1.工业控制网络简介,国际标准化组织（ISO）对企业自动化系统的建模进行了一系列研究后提出了这样的金字塔模式：,1.工业控制网络简介,实际上根据我们的习惯一般划分为这样的模式：,1.工业控制网络简介,无线通信的发展和工业应用无线网络，顾名思义是利用无线电波而非线缆来实现与计算机设备位置无关的网络数据传输系统，是现代数据通信系统发展的一个重要方向。随着计算机网络技术、无线技术以及智能传感器技术的相互渗透、结合，产生了基于无线技术的网络化智能传感器的全新概念。这种基于无线技术的网络化智能传感器，使得工业现场的数据能够通过无线链路直接

11、在网络上传输、发布和共享，无线通讯技术能够在工厂环境下，为各种智能现场设备、移动机器人以及各种自动化设备之间的通信提供高带宽的无线数据链路和灵活的网络拓扑结构，在一些特殊环境下有效地弥补了有线网络的不足，进一步完善了工业控制网络的通信性能。,1.工业控制网络简介,目前，在工业自动化领域中无线通讯技术协议主要是：对于可用于现场设备层的无线短程网，采用的主流协议是IEEE 802.15.4（ZigBee）；对于大数据容量的短程无线通信，则是IEEE 802.15.3；而对于适应较大传输覆盖面和较大信息传输量的无线局域网，采用的是IEEE 802.11系列。其中应用的重点是无线短程网和无线局域网,1

12、.工业控制网络简介,发展方向1）当前重要的发展方向是通信协议的标准化。如无线系统与现有系统的共存性（Co-existence），不同厂家设备的相互可操作性以及系统之间的相互协作性，这些都有赖于制定能被普遍接受的无线通信协议。2）无线局域网今后的研究方向主要集中在安全性、可靠性、能耗性、移动漫游、网络管理以及与其它移动通信系统之间的关系等问题上。其发展方向有：更高的通讯速率；研发智能天线进一步提高频谱利用率，增加覆盖范围；与Wimax（微波存取全球互通Worldwide Interoperability for Microwave Access)融合，支持高速、移动接入。,1.工业控制网络简介,

13、3）现场总线的无线传输的可行性正在评估，无线通讯技术将会和现场总线技术更加紧密结合。4）无线传输目前尚处在发展的早期阶段。无线技术首先会用在楼宇自动化、自动抄表、事故响应、设备监控等领域得到应用。当前较适宜应用的行业有：汽车制造、食品加工、制药和设备资产跟踪等。5）由于工厂无线技术种类较多，技术特征差异比较大，无线通信只是现有有线通信系统的一种发展和重要补充，决非一种替代，工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展,1.工业控制网络简介,近年来，以太网、互联网等网络架构已越来越广泛的应用于自动化工业领域，取代传统的串口通信将成为自动化系统通信的主流。无线局域网技术在工业控制中的应用，主要包括数据

14、采集、视频监控等，帮助用户实现移动设备与固定网络的通讯或移动设备之间的通讯，且坚固、可靠、安全。它适用于各种工业环境，即使在极恶劣的情况下也能够保证网络的可靠性和安全性。在设备层则将现场感应器、检测器、PLC、读卡器或其他设备，互相连接形成一个无线传感器控制网络，作为信息系统内管理收集数据的工具。现在最终用户和系统集成商都对无线传感器网络技术表现出了越发浓郁的兴趣。工厂无线通讯的发展前景看好，国内业界应该更紧密地关注该项技术,1.工业控制网络简介,2.PLC与DCS的互联通信技术,在工业应用中，往往有不同厂家控制系统的数据共享，或因某即成系统不能满足控制需要而加上额外系统等原因，而需要将两种不

15、同系统进行互联，在这里面经常用到的就是PLC和DCS的互联,某化工厂原有一套HONEYWELL TPS系统，其中一些逻辑点的扫描速率要求是0.1S,过去由HONEYWELL DCS控制，但其最快扫描时间是0.25S，依靠DCS无法很好地满足工艺要求，在今年的改造中决定用PLC代替DCS对这些数据的采集与控制，但数据要与DCS共享，并由DCS操作站来实现对PLC的监控,2.PLC与DCS的互联通信技术,21 同一厂家的PLC与DCS互联 22 不同厂家的PLC与DCS互联 221 支持相同协议的互联 222 无相同协议的互联,2.PLC与DCS的互联通信技术,21 同一厂家的PLC与DCS互联

16、如果DCS、PLC是同一个厂商开发的，PLC作为DCS网络上一个结点，在设计时已经有通讯接口，他们两个系统的总线用桥连接起来，用户不用作工作。,2.PLC与DCS的互联通信技术,如HONEYWELL的TDC3000，可以把逻辑管理器（LM）和过程管理器（HPM）接到UCN上。连在LCN上的操作站能看到DCS、PLC的数据。从数据量和传输速度两个指标都很理想，但逻辑管理器是HONEYWELL自己生产的,价格比较贵，而且是早期的产品，现在已经停产，一些技术指标与常用的PLC有区别。其它通用的PLC如AB的PLC只能连在LCN上，通过GATEWAY接口（PLCG）与PLC相连，这种办法的缺点是GAT

17、EWAY的价格比较高。,2.PLC与DCS的互联通信技术,2.PLC与DCS的互联通信技术,SBHM,冗余的局域控制网 LCN,网络接口模件(冗余),3对控制站(冗余)HPM,GUS工程师站,GUS操作站,冗余的万能控制网 UCN1,3对逻辑管理器(冗余)LM,如西门子的DCS是TELEPEM、可编程是PCS7，他们的CS275和PCS7 SYSTEM BUS两条总线通过GATWAY桥连接起来,这种互联办法费用要高一些。不仅传输的数据量多，而且速度也快。,2.PLC与DCS的互联通信技术,2.PLC与DCS的互联通信技术,缺点：所有软硬件都是同一厂家的，与其它厂商的设备连网有一定的困难，而且价

18、格昂贵。现在有一个新的名词：技术毒品，只要第一次购买某一厂商的产品，以后必须买它的产品，否则没有办法互连。现在传统DCS没有互连的通用平台。,2.PLC与DCS的互联通信技术,221 不同厂家支持相同协议的互联 传统DCS和PLC互联大部分都是把PLC作为一个部件，当成DCS的输入、输出。DCS厂商专门开发出一块接口卡 和互连的软件，在DCS的I/O总线上，PLC和其它DCS的I/O板的地位是一样的。接口卡上的RS232串行口和PLC主机或PLC总线通讯。在DCS的控制器的功能块上必须有能读、写PLC数据的功能块，和总线通讯要软件捆绑，经组态后能把数据送到DCS网络上，然后送到操作站上,2.P

19、LC与DCS的互联通信技术,Honeywell公司开发了PLC的SI互连卡，把互连卡SI插在控制器的机柜中，经过组态，PLC的数据就可以写进DCS。在DCS的操作站的显示器上就可以显示。横河公司的系统，也有Modbus协议卡（PX卡），也可接收PLC的信号,2.PLC与DCS的互联通信技术,优点：简单易行，价格低廉，所以为目前应用最多的互联方式缺点：在操作站上反映比较慢，在现场考查，PLC的某个状态有变化，在操作站上显示出来，大约几秒，如果送的数据少，反映能快一些,2.PLC与DCS的互联通信技术,222 无相同协议的互联,2.PLC与DCS的互联通信技术,如果PLC也有通用操作站，两台操作站

20、的监控软件是相同的，这时两台操作站安装以太网卡，两台可以连到以太网上，把两台操作站当成服务器，在以太网的客户机上能互看信息。即使两台操作站的监控软件不同，如都带有OPC服务器，经组态后，也可以互看信息。所示的互连办法有两种办法，如果服务器与客户机采用相同的监控软件，服务器上应该有DCS、PLC的驱动软件,2.PLC与DCS的互联通信技术,SERVERR,SERVERR,Ethernet,CLIENT,CLIENT,OPC技术 OPC(OLE Forprocess contro1)是建立在微软的OLE(即现在的ActiveX)、COM与DCOM技术基础上，由OPC基金会组织制定的用于过程控制和制

21、造业自动化中应用软件开发的一组包括接口、方法和属性的标准。OPC为工业自动化系统中的各种不同的现场器件之间的通信提供了一个公共接口，即为不同的应用之间交换数据提供了一种标准的机制。现在已经公布的OPC标准相当于一个通用的驱动程序，它取代了原来基于PC的各种应用程序(HMI、SCADA、先进控制、智能控制等)与现场工业自动化设备及管理层MIS通信时所需的互不兼容的各种驱动程序,对于客户应用程序而言，底层的现场设备是透明的，它在调用现场设备的数据时，无需知道具体的数据格式10。OPC把开发访问接口的任务放在硬件生产厂家或第三方厂家，以服务器的形式提供给客户，并规定了一系列的接口标准，而客户负责创建

22、服务器的对象及访问服务器支持的接口。最终用户按照OPC标准开发的在客户机上运行的应用程序，可以通过OPC服务器与任何数据源交换数据，不必知道数据源的特性。硬件和数据库的开发商根据自己产品的特性，并遵循OPC标准开发的OPC服务器，则可适用于任何应用软件。,OPC基金会已经陆续公布的标准包括：OPC DA(数据访问)，OPC HDA(历史数据访问)，OPC A&E(报警与事件)，OPC Batch(批处理)，OPC Security(安全)。除上述标准外，OPC标准还在不断发展，增加功能，正处于开发阶段的标准包括：OPC ComPlexData(复杂数据)，OPC CommonIO(公共输入输出

23、)，还有正在扩展的新功能，如OPCxML(可扩展标记语言)，OPC DX(以太网数据交换)。,2.PLC与DCS的互联通信技术,小结：到目前为止，PLC、老一代DCS互连还没有统一模式，各种DCS、PLC都要具体讨论采用那一种办法，最常用的是采用Modbus协议，RS232和RS485或Ethernet传输信息。,MODBUS协议简介,3.联网通信应用实例,MODBUS协议是应用于控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器和其它设备之间可以进行通信。它已成为一种通用工业标准。通过MODBUS协议，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络。标准的Modbus口使用RS-232C兼容

24、串行接口，它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验等。控制器能直接或经由Modem组网。,MODBUS协议将通讯参与者规定为“主”（MASTER）和“从”（SLAVE）。主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信,而从设备之间不能通信。主设备与从设备之间通信的报文形式为请求/响应帧方式，在同一MODBUS网络中仅一台设备（主设备）能初始化传输（查询）,其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据（功能码）作出相应反应，不需握手。如果单独通信，从设备返回一个消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应,3.联网通信应用实例,MODBUS协议建立了主设备查询的格

25、式：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、错误检测域。设备（或广播）地址提供从机地址，从机根据地址判别是否接收请求，以做出相应响应，用户必须设置每台从机的地址。功能代码告诉从机该完成什么样的动作，例如功能代码3表示读取从机保持寄存器并返回其中的内容，数据区的内容就必须包括从机的寄存器地址，需要读的寄存器的个数。错误校验域用于教研信息是否正确传输，采用循环冗长检测方法，CRC域附加在消息的最后，添加时先是低字节然后是高字节。故CRC的高位字节是发送消息的最后一个字节,3.联网通信应用实例,从设备回应消息也由Modbus协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回的数据和一个错误检测域。如果

26、在消息接收过程中发生错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立一个错误消息并把它作为回应发送出去。,查询回应周期,MODBUS协议有两种通讯传输模式，一种是ASCII模式，另一种是RTU模式。ASCII模式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误。RTU模式的主要优点是：在同样的波特率下，可比ASCII方式传送更多的数据。用户选择想要的模式，包括串口通信参数（波特率、校验方式等），在配置每个控制器的时候，在一个Modbus网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。,3.联网通信应用实例,ASCII（美国标准信息交换代码）模式,RTU（远程终端单元）模式,当用ASCII模式

27、时，在消息中的每个8Bit字节都作为两个ASCII字符发送，这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误 当用 RTU模式时，在消息中的每个8Bit字节包含两个4Bit的十六进制字符，这种方式的主要优点是：在同样的波特率下，可比ASCII方式传送更多的数据,两种传输模式中（ASCII或RTU），传输设备以将Modbus消息转为有起点和终点的帧，这就允许接收的设备在消息起始处开始工作，读地址分配信息，判断哪一个设备被选中（广播方式则传给所有设备），判知何时信息已完成。部分的消息也能侦测到错误并且能设置为返回结果。,使用ASCII模式，消息以冒号（:）字符（ASCII码 3AH）开

28、始，以回车换行符结束（ASCII码 0DH,0AH）。其它域可以使用的传输字符是十六进制的0.9,A.F。网络上的设备不断侦测“:”字符，当有一个冒号接收到时，每个设备都解码下个域（地址域）来判断是否发给自己的。消息中字符间发送的时间间隔最长不能超过1秒，否则接收的设备将认为传输错误。,使用RTU模式，消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始。在网络波特率下多样的字符时间，这是最容易实现的(如下图的T1-T2-T3-T4所示)。传输的第一个域是设备地址。可以使用的传输字符是十六进制的0.9,A.F。网络设备不断侦测网络总线，包括停顿间隔时间内。当第一个域（地址域）接收到，每个设备都进行解

29、码以判断是否发往自己的。在最后一个传输字符之后，一个至少3.5个字符时间的停顿标定了消息的结束。一个新的消息可在此停顿后开始。整个消息帧必须作为一连续的流转输。如果在帧完成之前有超过1.5个字符时间的停顿时间，接收设备将刷新不完整的消息并假定下一字节是一个新消息的地址域。同样地，如果一个新消息在小于3.5个字符时间内接着前个消息开始，接收的设备将认为它是前一消息的延续。这将导致一个错误，因为在最后的CRC域的值不可能是正确的。,地址域消息帧的地址域包含两个字符（ASCII）或8Bit（RTU）。可能的从设备地址是0.247(十进制)。单个设备的地址范围是1.247。主设备通过将要联络的从设备的

30、地址放入消息中的地址域来选通从设备。当从设备发送回应消息时，它把自己的地址放入回应的地址域中，以便主设备知道是哪一个设备作出回应。地址0是用作广播地址，以使所有的从设备都能认识。当Modbus协议用于更高水准的网络，广播可能不允许或以其它方式代替。,功能域消息帧中的功能代码域包含了两个字符（ASCII）或8Bits（RTU）。可能的代码范围是十进制的1.255。当然，有些代码是适用于所有控制器，有此是应用于某种控制器，还有些保留以备后用。当消息从主设备发往从设备时，功能代码域将告之从设备需要执行哪些行为。例如去读取输入的开关状态，读一组寄存器的数据内容，读从设备的诊断状态，允许调入、记录、校验

31、在从设备中的程序等。当从设备回应时，它使用功能代码域来指示是正常回应(无误)还是有某种错误发生（称作异议回应）。对正常回应，从设备仅回应相应的功能代码。对异议回应，从设备返回一等同于正常代码的代码，但最重要的位置为逻辑1。,例如：一从主设备发往从设备的消息要求读一组保持寄存器，将产生如下功能代码：0 0 0 0 0 0 1 1（十六进制03H）对正常回应，从设备仅回应同样的功能代码。对异议回应，它返回：1 0 0 0 0 0 1 1（十六进制83H）除功能代码因异议错误作了修改外，从设备将一独特的代码放到回应消息的数据域中，这能告诉主设备发生了什么错误。主设备应用程序得到异议的回应后，典型的处

32、理过程是重发消息，或者诊断发给从设备的消息并报告给操作员。,MODBUS共有64种功能代码，其中功能码2264保留作扩展功能备用，常用的几种如右表所示：,3.联网通信应用实例,数据域 数据域是由两个十六进制数集合构成的，范围00.FF。根据网络传输模式，这可以是由一对ASCII字符组成或由一RTU字符组成。从主设备发给从设备消息的数据域包含附加的信息：从设备必须用于进行执行由功能代码所定义的所为。这包括了象不连续的寄存器地址，要处理项的数目，域中实际数据字节数。例如：如果主设备需要从设备读取一组保持寄存器（功能代码03），数据域指定了起始寄存器以及要读的寄存器数量。如果主设备写一组从设备的寄存

33、器（功能代码10十六进制），数据域则指明了要写的起始寄存器以及要写的寄存器数量，数据域的数据字节数，要写入寄存器的数据。如果没有错误发生，从从设备返回的数据域包含请求的数据。如果有错误发生，此域包含一异议代码，主设备应用程序可以用来判断采取下一步行动。在某种消息中数据域可以是不存在的（0长度）。例如，主设备要求从设备回应通信事件记录（功能代码0B十六进制），从设备不需任何附加的信息。,错误检测域 标准的Modbus网络有两种错误检测方法。错误检测域的内容视所选的检测方法而定。ASCII 当选用ASCII模式作字符帧，错误检测域包含两个ASCII字符。这是使用LRC（纵向冗长检测）方法对消息内容

34、计算得出的，不包括开始的冒号符及回车换行符。LRC字符附加在回车换行符前面。RTU 当选用RTU模式作字符帧，错误检测域包含一16Bits值(用两个8位的字符来实现)。错误检测域的内容是通过对消息内容进行循环冗长检测方法得出的。CRC域附加在消息的最后，添加时先是低字节然后是高字节。故CRC的高位字节是发送消息的最后一个字节。,字符的连续传输 当消息在标准的Modbus系列网络传输时，每个字符或字节以如下方式发送（从左到右）：最低有效位.最高有效位 使用ASCII字符帧时，位的序列是：有奇偶校验：,无奇偶校验：,使用RTU字符帧时，位的序列是：有奇偶校验,无奇偶校验,海天炜业自动化控制系统 H

35、AITIAN WEIYE AUTOMATIC CONTROL,3.联网通信应用实例,通信系统硬件组成及连接 MODBUS协议运行在RS232/RS485标准的接口系统中，实际应用中，可根据现场情况决定用哪一种：RS232只能实现一对一的连接，其传输速率局限于20kbps，并且传输距离在没有MODEM的情况下只在15米左右（用户可以用MODEM扩展传输距离）；RS485最多可驱动32台设备，其传输距离在100kbps时可达1200米。,海天炜业自动化控制系统 HAITIAN WEIYE AUTOMATIC CONTROL,HONEYWELL TPS系统通过SI IOP(Serial Interf

36、ace Input/Output Processor)及其对应的FTA（Field Termination Assembly）进行串行通讯。每个IOP可带一个或两个FTA,FTA通过电源适配卡与IOP进行连接，其FTA有两种，一种是Allen-Bradley SI FTA(Model MU-TSIA12)，只有RS232接口，用来与AB PLC相连，另一种是MODBUS SI FTA(Model MU-TSIM12)，可与其它任何标准RS232/485接口的设备相连，其RS232接口为25针母头。SIEMENS PLC可装载MODBUS主站/从站(RTU格式)驱动有CP341或CP441-2两

37、种串行通讯卡，有RS232/20mA(TTY)/RS485三种不同传输接口类型，其RS232接口为9针公头。两者连接方法如下表所示。,HONEYWELL与SIEMENS RS232接口管脚定义与连接方法,RS485的连接定义,HONEYWELL RS485接口最多可以连接15个设备，连接方法可参考手册，终端要有120欧姆的终端电阻,通信系统硬件组态及编程HONEYWELL组态首先对SI IOP进行组态。进入工程师主菜单，选择Network Interface Module，选择Node Specific Configuration，进行SI组态，在HPM（APM）控制功能组态中有以下一些参数与

38、通讯有关：NNUMERICNumber of Numerics，Numerics量的最大 个数，要求为16的倍数 NSTRING Number of Strings，Strings量的最大个数，要求为16的倍数 NTIME Number of Times，Times量的最大个数，要求为32的倍数 NARRSLOT Number of array slots，最大可以设置256个Array点，其中最多80个可用于SI卡,SCANPER此参数指明HPMM(APMM)以多长的周期扫描SI数据并把它们打包进Array点中，此参数影响到Array点的最大设置量，当扫描周期为1s时，Array点最多为80

39、个，当扫描周期为0.5s时，Array点最多为40个，当扫描周期为0.25s时，Array点最多为20个。设置完参数后在IO MODULE CONFIGRATION中组态SI卡，组态方法与其它模件组态方法相同。,HONEYWELL通过ARRAY点与外设备进行串行通讯，每个SI卡能带32个Slot（Array点），16个slot（Array点）在FTA1，另16个Slot（Array点）在FTA2。一个Array点可组512个Bool（Flag）量，或16个Reals（Numerics），或32个Integers（Numerics），或64个Byte-sized(Numerics)，或64个AS

40、CII字符（Strings）。一个Array点只能用Strings、Flags、Numerics中的一种类型作为变量，Array点的传送数据表示法，由点名、数据类型、索引号（i）三部分组成，如：ARR01.FL（9），其中ARR01是Array点名，FL表示此Array点是Flag量，（9）表示是此Array点的第九个量。,注：STRn（i）中n代表字符串长度，可为8、16、32、64，如ARRO3.STR32（1）,四种变量的表示方法:,进入过程点组态画面，选择Array点，有以下几个重要参数需要设置：IOPNUM the SI IOP module number，SI IOP的模件号，与在

41、Node Specific Configuration中的组态相对应 FTANUM the FTA number,1 or 2，选择用哪一块FTA DEVADDR the serial link device address，PLC在MODBUS通讯网上的地址，与PLC中的设置应一致 SCANPRI FTA scan priority,low or high，此参数决定FTA从外部设备读数据的速率，对标准MODBUS和AB串行设备无用,AUX and A-B DATAAUXDATA参数是用来设置与标准MODBUS设备通讯参数，每一项都有默认的参数（NaN），如果外部设备没有此项参数的设置就用默

42、认值，否则要与外部设备参数相对应。AB DATA参数用来设置与AB PLC通讯时的参数，当与非AB设备通讯时设置为默认值。,具体设置参数及其含义为：AUXDATA1,指明一个MODBUS逻辑线圈地址，用以说明HPM/APM的子系统中的MODBUS设备是一直处于激活状态，范围在009999之间，不同的Array点不能设置同一个值，HPM/APM每10秒钟向此地址写一次数据以验证此设备是否处于激活状态，或者设置为Nan（无，此时不使用逻辑线圈地址验证）；AUXDATA2,定义重新发送消息的时间间隔，用来设置发送命令后的响应时间，如果这段时间内没有收到响应，则重新发送指令，当再连续发送两次指令仍然没

43、有响应时产生一个MSGTMOUT出错信息，范围在0.255S之间，如果用默认值，则为1.5S,AUXDATA3,以整数/小数格式指明信号标准和有无MODEM：mmm.n，其中mmm指明信号标准，可为232或485，分别代表接口标准用RS232或RS485，n为是否存在MODEM，0时表示无,1表示有。例如232.0表示以无MODEM的RS232通讯方式连接，系统默认方式为此方式；AUXDATA4,以整数/小数格式指明波特率和奇偶校验位：bbbbb.n，其中bbbbb设置波特率，可为19200，9600，4800，2400或1200，n为奇偶校验位，可选值为0、1、2，0表示无奇偶校验，1为奇校

44、验，2为偶校验。,组态画面的第二页组态Array点的类型、大小和起始地址索引。注意每种点的类型不能超过其规定的大小。其起始地址可为099999之间的任意数值，HONEYWELL通过起始地址定义MODBUS功能号和数据传送地址，其中最高位决定所选用MODBUS功能号，低四位为MODBUS功能号读/写数据的地址，表4为HONEYWELL的MODBUS地址分配及其对应功能表。,SIEMENS PLC中的组态与编程CP341/CP441-2模块是西门子S7-300/400系列PLC中的支持MODBUS串行通讯的模块，这些模块具有1个（CP441-2有2个）串行通讯口（RS232C或TTY或RS485/

45、422），可以使用这种通讯模块实现S7300/400与Modbus主从站通讯，本系统使用CP341。要实现MODBUS通讯时，需要在CP341/CP441-2模块上插入相应协议的硬件狗后，CP模板才能够支持MODBUS（RTU格式），CP441-2使用同样的硬件狗。,MODBUS为单主站网络协议，所以系统中只能够有一个Modbus主站，并且只能够实现主站和从站的数据交换，从站之间不能进行数据交换。CP341插入MODBUS主站Dongle或插入从站Dongle,就可以作为MODBUS主站，或者作为MODBUS从站，如右图：,CP34x调试过程在您的计算机上首先安装STEP7 5.x软件和CP3

46、4x模板所带的软件驱动程序，模板驱动程序包括了对CP341进行参数化的窗口（在STEP7的硬件组态界面下可以打开）、用于串行通讯的FB程序块、模板不同应用方式的例子程序（光盘上CP34x模板手册的附录B中说明了CP模板通讯口的针脚定义）当系统上电，CP34x模板初始化完成后，CP34x上的SF灯点亮；,参数化CP34x模板：在硬件组态窗口中双击CP34x模板，打开CP34x模板的属性窗口，请记录下模板的硬件地址：在编写通讯程序时，你需要该地址参数,点击：Parameters按钮选择你所要使用的通讯协议，这里我们选用MODBUS SLAVE协议,将您的PC和PLC连接起来，PLC上电，点击Loa

47、d Drivers图标，弹出装载驱动窗口,点击Load Drivers按钮，完成从站驱动安装过程，进行Modbus驱动装载的时候，PLC必须处于STOP状态,双击信封图标,弹出Modebus Slave协议通讯参数设置窗口，默认从站地址222，这里我们使用默认值：9600 bit/s,8 data bits,1 stop bit,even parity。,然后在设定modubs从站的Function Code地址与PLC中M，I，Q等地址的对应关系，以上所设定的参数含义是Modbus主站读从站的前256个位（00001-00256）对应S7300站中MB0-MB31中的数据，主站读从站第257

48、个到512个位对应QB0-QB31,Function Code 01，05，15 对应M，Q，T，C等数据区，可读可写，具体的字节范围由您在modbus从站组态时设定。Function Code 02对应M，I数据区，只读，具体的字节范围由您在modbus从站组态时设定。Function Code 03，06，16 对应DB区，可读可写，在modbus从站组态时设定对应的DB块。Function Code 04 对应DB区，只读，在modbus从站组态时设定对应的DB块。,编写通讯程序：在安装完CP34x/CP44x的驱动程序，Modbus主站软件，Modbus从站软件等3个软件后，你可以在目

49、录.SiemensSTEP7Examples当中找到关于CP34x/CP44x的串口通讯和Modbus通讯的例子程序，通过在STEP7软件的SIMATIC Manager下打开例子程序,，在STEP7的SIMATIC Manager中打开Modbus从站例子程序，如图所示，将例子程序当中的所有程序块复制到您的项目当中，修改OB1当中的Network1里的LADDR参数，与您模块的实际硬件地址相同，设置完参数后进行编程，FB80是CP341的MODBUS通讯功能块，MODBUS通讯功能块用DB80作为其背景数据块。FB180是CP441-2的MODBUS通讯功能块，其背景功能块为DB180，这两

50、个功能块必须在用户程序的循环程序中运行（通常为OB1）。在OB1中调用FB80/FB180，设置其输入输出参数，FB80中的参数如表5所示。FB180中参数与FB80略有不同，具体可参考手册,打开 CPU 站下的Blocks文件夹，复制所有的程序块（除过system data）到你的项目当中，只要作一些简单的参数修改，就可以实现相应的通讯了，如果你的CP34x的硬件地址与例子程序当中的不同，那么你应当修改相应程序块 LADDR 参数，CP34x/CP44x模块实际的硬件组态地址值相同（与图中的地址值一致，288），修改后下载程序块，将CPU切换至运行状态，CP34x开始循环发送数据，您可与看到