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自 动 化 技 术与 应 用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第4 期 通 信 与 信 息 处 理 Co mm L mi c a t ion a nd { n f o r ma t ion P r oc e s s i n g 从设备通信 ， 也能 以广播方 式和所有从设 备通信 。如果 单独通信 ， 从设备 返 回消息作 为 回应 ， 如果 是 以广播 方 式查询 的 ， 则不作任何 回应 。Mo d b u s协议建立 了主设 备查询 的格式 设备 或广 播 地址 、功能代码 、所有要 发 送 的数 据 、错 误检 测域 。 从设 备 回应 消息也 由 Mo d b u s 协议构成， 包括确认要行动的域、任何要返回 的数据 、和错 误检测域 。如果在消息接收 过程 中发生错 误 ， 或从设 备不 能执行其 命令 ， 从设备 将建立 错误 消息 并把它作为回应发送出去 2 。 坶酗 ， - 啪患I 、 l 。 设 备嫱址 l l 设 备 地 址 l l 动鼻 1 ． 弱} I 动 能 代 码 I 一 一 敝 一 _ - l I | I据 _ 。 。 I 旦 一 l 誉谡 I盎 捌I I 错误柱测 l ～ ～ J 从沿鬻的回应捎患i 图 1 Mo d b u s 报文结构 2 ． 2 Mo d b u s 传输方式 Mo d b u s 协议有两种传输模式 AS C I I 美国标准信息 交换代码 或 RTU 远程终端单元 。它 定义了在这些 网 络上连续传输的消息段的每一位 ， 以及决定怎样将信息 打包成消息域和如何解码。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 Mo d b u s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 。AS C I I 模 式通信 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 模式通信 的主要优点是 在 同样 的波特率下 ， 可 比 AS C I I 方式传送 更多的数据[ 引 。 2 ． 3 错误检测方法[ 4 ] 标准的 Mo d b u s串行 网络采用 两种错 误检测方法 。 奇偶校验对每个字符都可用， 帧检测 L RC或 C RC 应用 于整个消 息。它们 都是在 消息 发送前 由主设备产 生的 ， 从设备在接收过程 中检测每个字符和整个消息帧。 用户要给 主设备 配置一预先 定义的超时 时间间 隔， 这个时间间隔要足够长， 以使任何从设备都能作为 正常反应。如果从设备测到一传输错误 ， 消息将不会 接收 ， 也不会向主设备作 出回应。这样超时事件将触 发主设备来处理错误。发往不存在的从设备的地址也 会产生超 时。 3 C MC控 制器 CM C控 制器是 I n g e r s o l l r a n d CE NTAC 3 C7 0 MX5 N2型压缩机随机配置的可编程序控制器 ， 用 来管理氮压机各种压力的控制和监控功能， 以及控制辅 助设备， 如主电机启动器 ， 润滑油加热器和预润滑油泵。 其功能 如 下 多功能 LE D显 示屏 显示数据和工作状态 。 完成多种性能控制 卸载， 调制和 自动 一双重工 作方 式 。 先进 的 喘振监测 与控制 。 高电流限制， 用于主驱动电机保护。 快速指示和事件纪录， 有助于确定压缩机跳闸的 根本 原 因 。 C M C控制器提供 R S 4 2 2 ／ R S 4 8 5串行通讯接 口， 通 过 MO D BU S协议与具有 R S 4 2 2 ／ 4 8 5 端 口的系列装置通 信 ， 以适 应远程遥 控和监 控 的需 要 。 利用 Mo d b u s 协议 ， 我们采用 RTU 通讯模式 ， 把 C M C控制器作为从设备， 设备地址设置为 2 ， 通讯波特 率为 9 6 0 0 ， 校验方 式为奇校验 ， 通讯 方式为全双工。 4 P K S系统 的通讯功 能[ 1 ] 图 2 硬件配置图 P K S系统是 Ho n e y we l l 公司推出的新一代 DC S系 统 ， 全称为 E x p e r i o n P r o c e s s Kn o wl e d g e S o l u t i o n S y s t e m， 它支持多种类型的控制器通讯 ， 例如 Mo d i c o n P L C S ， Ho n e y we l l 9 0 0 0 系列和 A l l e n B r a d l e y， 并可 以灵 活的采用多种连接方式。如果控制器本身带网络接 口， 通 信 与 信 息 处 理 C0 m mun i c a t i on a nd I n f o r ma t i o n P r oc e s s j n 自动化技 术与应用2 01 0年第 2 9卷第 4期 可以直接连接到网络上 ， 如果控制器带有 串口， 可 以通 过 “ 终端服务” t e r mi n a l s e v e r 连接到 网络上 。一个 “ 终 端 服务 ”允许 多个控制器 同时连接到 网络上 ， 并提供 多 种的连接接 口RS - 2 3 2 ， RS 4 2 2 ， RS - 4 8 5 。所谓 “ 终端 服务 ”其 实质就是 Mo d b o s 协议。我{ j l tJ 用 “ 终端服务” 配置方式实现了Ho n e y we l l P K S集散系统与 I n g e r s o l l r a n d C MC可编程序控制器之 间串行通讯 。如 图 2 所示 。 4 ． 1 硬件 说明 串行接口模件 S I M 是安装在 P KS系统标准卡槽上 的双宽度 I ／ O模件 ， 它 的功 能是实现通过 F T A 现场端子 板 连接串行接 口模件 S I M 的现场设备与 P KS控制器之 间通讯 的桥 梁 。串行接 口模 件可 以提 供与单 F TA 电源 适 配器连接 的两个 FTA 通讯 的两 个 串 口的双 向通 讯接 口， 它不存储和保 持任何现 场 I ／O设备 的组态数据 和实 时数据 ， 它只 在与它 相连接 的现 场设备 与控制器 之 间传 送 数 据参 数 。 F T A 采 用插接模 件根据 现场设 备 的需要选 用指定 的串行接 口， 共有两 种标准 的 F TA 产品。 MU- T S I M1 2 Mo d b u s 型 F T A提供点对点 RT U E I A一 2 3 2 R S ～ 2 3 2 或E I A一 4 2 2 ／ 4 8 5 RS 一 4 2 2 ／ 4 8 5 多 点通 讯接 口。 MU T S I A l 2 Al l e n B r a d l e y A B 型F T A提供一 个 E I A- 2 3 2 R S - 2 3 2 通讯接 口用于 D F 1 通讯协议 的 A B P L C 2 ， P L C - 3 ， P L C - 5 等现场设备 。 在 此 我们 选用 第 一种 产 品 一 个 S I M 卡可带两个 F TA接线端子板 即 F T A A， F T A B图2 ， 由单独电源模块供电， 每个 F TA接线端子 板通过屏蔽双 绞通讯线与第三方设备连接 。需要注意 各通讯 设备 以总线方 式接入 即相 互 串连起来最 后接 人 F TA端子上 ， 当通讯距离超过 1 0 0米或干扰很强时两端 均应加上 1 2 0 欧姆 电阻 ， 连接第三 方通讯设备到 F TA端 子的最大接 线长度不应超 过 3 0 0米 ， 如超过 3 0 0米应 采 用信号中继器或放大器 ， 每个 F TA接线端子板最多可接 入 的设备为 1 5个 。 4 。 2 软件说明 如 图 3 所示 。P KS系统组 态工具 中提供 一种 S I M I ／ 0 模 件功能 块来实 现将一 个 S I M 组态 并分 配给一 个控 制器 。当 S I M 功 能块一旦指派 并下装到 指定的控 制器 ， S I M 和控制器 之 间便 可 以建立 通讯关系 ， 但这 并不意 味 着 S I M 和 现场设备也建 立 了通讯 关系 ， 为 了与现场设备 建立起通讯关系必须还要组态、指派下装串行接 口通 道阵列功能块 S I 到 C M 控制模件 。S I 阵列通道功能块 有三 种 N u me r i c S I NUMAR RC H 接 收／发送数值型量 ， 包 括整 数 、浮点数 ； F l a g S I F L AG AR R C H 接收 ／发送布尔量 ， 即标志位 ； T e x t S I T E X T AR RC H 接收 ／发送字符型量 。 薹扫 誊的” 图 3 现场设备与串行接口通道阵列 功能块数据流 4 ． 3 组态说明 以S l NUMARR CH 功能块为例 1 每个 S I M卡有 3 2 个软通道 C h a n n e 1 ， 其中0 ～ 1 5通道与连接在 F TA “ A”板上的第三方设备的进行 通讯 ， 而 1 6 ～3 1 通道与通道与 连接在 F TA “ B”板上 的 第三方设 备的进行通讯 。当只有 1 个 F TA 板时 ， 那么这 块 F T A板必须配置成 F T A “ A”使用 即按 1图将 F TA 接到 P o we r Ad a p t e r的 “ C h a n n e l A”上 ， 且 只能使用 0～1 5通道 。 2 C o n t r o l B u i l d e r 中S I 通讯功能块 软通道类 型 有三 种 对于一个 “ S I NUMARRCH”功能块 即一个软 通 道 ， 可接 收 ／发送最多 l 6个 3 2位浮点数 或 3 2个 l 6位 整 型数 。 3 组态 具体组态见图4。 S e r i a l L i n k De v i c e Ad d r e s s 为设 备地址 ， 即 M od bus I D ； S t a r t i n g E l e me n t I n d e x 为接收 ／发送数据的起始 地址 ， 此为第三方厂家提供的， 是 mo d b u s 通讯寄存器首 地 址 ， 1个寄存 器地址存 储一个 1 6位二进 制数 ； 下转第 8 7页 经 验 交 流 T ec hn l c al COmm un I c a t ion S 自动化技 术与应用 2 01 0年第 2 9卷第4期 6 结束语 目前该系统 在唐 山不锈 钢 已经运行 了半 年 ， 测 温数 据可靠， 运行情况 良好。大大提高了系统可靠性 ， 全套 系统能够满足对电缆进行在线监测温度的要求， 该系统 合其他温度在线监测系统相 比，具有安全可靠 、精度 高、定位准确、维护方便等特点 ， 是 目前电缆温度在线 监测比较理想的产品。但该系统仍有一些需要改进 的 地 方 ，比如在 故 障诊 断 中提 出 的一 些 不 明 原 因的 现象 等 。总 的来说 ， 利用 分布 式 光纤 测温 系统 是一 种安 全 、 高效的技术手段 ， 它将在不同的领域得到广泛应用。 参考文献 [ 1 ]韩浩江． 分布式光纤温度故障预警监测系统原理及应用 【 J J ． 上海电力． 2 0 0 7 ， 5 5 3 2 5 3 6 ． [ 2 】李忠旺， 王庆雄． 电力电缆温度的在线监测l J 】 ． 包钢科技． 2 0 0 7 ， 3 3 3 4 l 4 3 ． [ 3 ]崔文华， 陈志斌． 分布式光纤温度监测与报警系统的研 究 ． 红外与激光工程 ． 2 0 0 2 ， 3 l 2 1 7 5 1 7 8 ． [ 4 ]高自伟． 电力 电缆在线载流能力预测系统的研究⋯ ． 东 北电力大学． 2 0 0 8 ， 7 1 2 -1 5 ． [ 5 ]B． C UL S HAW J ． DAKI N 光纤传感器『 M] ． 武汉 华 中 理工大学出版社 ， 1 9 9 7 ， 7 1 2 -l 5 ． 【 6 ]秦一涛 ， 刘剑 鸣等 ． 分布 式光纤温度监测系统在长调水 电站中的应 用实践[ J ] ． 大坝 与安全 ， 2 0 0 4 ． 1 1 2 ． 【 7 】分布式光纤温度传感器新测温原理的研究 ⋯ ． 中国计量 学院学 报， 2 0 0 6 ， 1 7 l 0 ． [ 8 】李伟 良， 张金成． 光纤测温系统在电力系统 中的应用⋯ ． 青 海电力 ， 2 0 0 2 ， 4 l 5 一l 7 ． [ 9 ]李煜． 分布式光纤测温系统在 2 2 0 k V电缆温度在线监测 方面的应用⋯ ． 供用 电， 2 0 0 5 ， 增刊 7 l 0 ． 【 l 0 ]刘澄字． 分布式光纤温度检测监控系统在兰州石化分 公司供电系统的应用 ． 甘肃科技， 2 0 0 5 ， 2 1 3 2 3 2 5 ． 作者简介 杨昆 1 9 7 9 一 ， 男， 学士， 助理工程师， 主要从事冶 金 高 压 维 护 。 上 接第 4 7页 Nu mb e r o f Nu me r i c Va l u e 接收 ／发送 的数 据 的 个 数 。 其中S t a r t i n g E l e me n t I n d e x的设置也包含了接收／ 发送数据 的类型 ， 这是通 过其最高位 的数 字来识别 的 如 图 4中的 S t a r t i n g E l e me n t I n d e x设置为 2 0 0 2 0 ， 其最高 位数字为 2， 表 示接收 ／发送 的数据类 型为可读 写的 3 2 位浮点数 。 图 4 组态菜单 这 里 需要 注 意 的是 一个 S I N U M A R R C H 块 S I F L A G AR RC H或S I T E X T AR RC H 只能设置为一种数 据类型 ， 且接收 ／发送数据的地址必须是连续的。故 Nu mb e r o f Nu me r i c Va l u e 这一项设置的值是从起始 地址开始连续存储的数据的个数 ； 如果第三方设备发 送 ／接收数据的 Mo d b u s 存储地址是放在不连 续的几 个 地址段上 ， 那么就必须用多个 S I NUMARR C H 块来接收 不 同地址 段 的 数据 。 图 4中右侧 的 Au x i l i a r y C o n f i g Da t a的设置 ， 仅需 要 配置第 3和 4行 即可 ， 如图 4中红圈所示 图 4红 圈中 配置 表示采用 串行 4 8 5通讯方 式、通讯波特率为 9 6 0 0 、 校验方 式为奇 校验 。 5 结束语 目前 ， 石 油天然气 生产装置 中， 普遍 存在着 DCS与 其他多个专用控制系统同时使用的情况 ， 这些专用控制 系统包括 P L C、数据 采集器 和各 种智能仪表。若将多个 系统融合成一个整体 ， 使所有监视、控制都在 D C S上进 行， 就涉及 D C S与其他专用控制系统的通讯 问题。 目 前 ， Mo d b u s 协议是应 用最 为广泛的一种形式 ， 需特别注 意的是 在 Mo d bU S网络上传输方式和串行参数 波特 率 、校验方 式等 对 各装 置 的设 置必 须是 相 同的 。 参考文献 [ 1 ]Ho n e y we l 1 ． E x p e r i o n P KS S e r i a l I n t e r f a c e Mo d u l e I mpl e m e nt at i on Gui de． EPDCX 1 4 3， R21 0， 2 00 4， 1 0 1 8-45． [ 2 ]温照方 ， 冯建呈 ． 基于 Mo d b u s 协议的 D S P与 P L C通信 实现研究【 J ] ． 实验室研究与探索， 2 0 0 8 ， 2 7 9 2 7 2 8 ． [ 3 】彭兰， 李松柏 ． Mo d b u s 通讯协议在空气压缩机监控系统 中的应用⋯ ． 金属材料与冶金工程2 0 0 7 ， 3 5 3 4 1 -4 3 ． [ 4 】周铭， 刘晓军， 王箭． Mo d b u s 协议在 C E NTUM C S系 统中的应用Ⅲ ． 自动化与仪器仪表， 2 0 0 8 ， 2 5 l _ 5 3 ． [ 5 ]梁汝军． DC S与质谱仪之间基于Mo d b u s 协议的串行通 讯[ J J ． 石油化工自动化 2 0 0 8 ， 6 6 0 6 2 ． 作者 简介王刚 1 9 6 8 一，男， 工程 师，学士 ，研 究方向 仪表 自动 化 设 备 应 用 与 维 护 。 T e c h n iq u e s o f A u t o ma t io n＆A p p lic a tio n s I 8 7
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