网关在燃气站PLC与RS485设备通讯系统中的应用

郝振兴

（北京信博昂自动化科技有限公司，北京100096）

0 引言

嘉兴站要达到自动监控、有人值守的运行效果，所有现场仪表、设备如流量计算机、发电机、UPS、电液阀等都要以485通讯方式接入PLC内，然后在场站和杭州调度中心SCADA系统监控画面显示。

1 系统简介

嘉兴站流量计算机等485设备与PLC通过施耐德网关TSXETG100实现通讯，设备侧为RS485／Modbus协议，采用485组网，从站方式；PLC侧采用以太网／Modbus TCP／IP，主站方式。Modbus 485通讯架构只允许有一个主站，可以有多个从站。考虑网关的通讯能力，配置两套网关分担通讯任务。

2 Modbus协议简介

（1）Modbus协议是工控行业的标准协议，前身为莫迪康所写，现已被施奈德收购，它是一种主站／从站协议，是事实上的行业标准，受到500多家行业供应商的支持，在线编程或数据采集应用很容易通过任何计算机的串行口得到直接支持。

（2）当在一Modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器需知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。在其他网络上，包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构，这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。

（3）目前，Modbus有下列3种通信方式：1）以太网，对应的通信模式是 Modbus TCP；2）异步串行传输（各种介质如有线RS232／422／485、光纤、无线等），对应的通信模式是 Modbus RTU或Modbus ASCⅡ；3）高速令牌传递网络，对应的通信模式是 Modbus PLUS。

3 通讯设备简介

（1）埃尔斯特—英斯卓美FC2000型流量计算机输出有串行通讯接口RS485，支持Modbus 485RTU协议。

（2）PLC为Schneider公司的UNITY QUANTUM系列，CPU模块为140CPU67160，CPU主机架安装有网卡模块NOE77101，此网卡模块通过交换机和网关TSXETG100通讯。

（3）TSXETG100是一款实现以太网设备与串口设备互联的Modbus网关，该产品可以通过 Modbus TCP／IP协议和Modbus 485RTU协议的互换，轻松实现Modbus设备的互联。嘉兴站ETG100就是将现场设备RS485数据转换为Modbus TCP／IP协议的数据，然后和140CPU67160建立通讯的。

4 通讯连接过程

4.1 通过笔记本上安装的Modbus数据扫描软件 Modscan读写流量计算机数据

（1）流量计算机上电调试前先要检查接线是否正确，一般是直流24V供电，注意检查24V直流电是否接反，若接线无误则上电，设置流量计算机的ID号，将RS485参数更改为标准的 Modbus RS485RTU 协议（波特率9 600kb／s，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验）。然后检查RS485通讯线A、B是否接反，若接线正确就可以进行下一步测试。

（2）将RS485转232模块接好线后插入笔记本的232串口（若笔记本无串口可以用RS485转USB口模块代替），打开扫描软件Modscan，输入被读取流量计算机的ID号（此ID号在流量计算机操作界面可以设定，注意保持一致即可），输入被读流量计算机地址表的起始地址、地址表长度，选择Modbus地址类型、数据类型，若能通讯成功，就可以看到被读流量计算机地址表的数据了，若通讯不成功，会显示相应的报错信息，根据提示更换接线位置，改变起始地址数值、地址数据长度等，直到通讯正常为止。判断数据正常的依据是读取到的数据必须是连续稳定无中断情况下的数据。

4.2 TSXETG100与流量计算机建立通讯连接

（1）流量计算机的数据读取正常后，将计算机与TSXETG100的485信号线接好，选择ETG100拨码开关为二线制Modbus 485信号接入方式，因嘉兴站有两台流量计算机，故将两台流量计算机输出的485A线并联后出一根485A接入ETG100的3号接线端子，输出的485B线并联后出一根485B接入ETG100的4号接线端子，接线完毕后设置ETG100网关。TSXETG100第一次使用网页浏览器更改它的IP地址：1）建立好物理连接；2）打开6.0或更高版本的网页浏览器；3）在地址栏敲入ETG100默认地址169.254.0.10；4）默认用户名为Administrator，默认密码为Gateway，点击OK；5）点击Setup进入ETG100的设置界面；6）设置TSXETG100的相应参数为与上面一致的标准的Modbus参数，更改IP地址和PLC以太网的IP地址在同一个网段内即可。

（2）在笔记本上用IE浏览器打开ETG100的网页，进入读取设备寄存器地址页面，输入被读流量计算机地址表的ID号、起始地址、地址表长度，在页面上就能看到读取的地址相对应的数据。此步注意事项：若遇到通讯不成功的情况，可以考虑更换485接线在3号、4号端子的位置，改变相应的页面设置参数测试即可。此步骤也可用Modscan扫描软件以以太网方式连接ETG100查看数据是否成功读写。

4.3 TSXETG100数据接入PLC网络系统

（1）若前面两步没有问题，将ETG100接入PLC网络系统，PLC读写网关有两种途径，一是通过设置PLC的模块实用程序I／O扫描地址表来读写数据，二是在编程软件 UNITY PRO内编写READ＿REG、WRITE＿REG功能块读取、写入流量计算机的数据，在嘉兴站采用第二种方式。

（2）因ETG100网关设备不止一个，140CPU67160不支持对通讯功能块的自动排序，需要编写轮询程序来实现，轮询是每次只能激活一个Modbus的读写功能块，REQ输入处出现上升沿时，此功能块将通过TCP／IP以太网从已定址从站读取一个寄存器区域。READ＿REG、WRITE＿REG功能块使用一条数据事务路径，并且需经过多个循环才能完成一项操作。可用的事务路径数取决于使用的通讯端口，TCP／IP以太网NOE77101模块同时最多支持16个功能块。可以在同一个通讯端口上对更多的通讯功能块进行编程，但对于超过该端口支持的最大数目的通讯功能块，将不再提供服务，直到释放一条事务路径为止。当事务路径资源空闲时，同一个端口上的下一个功能块才会变为活动状态，并开始使用释放的路径。

（3）超时时间要设置合理，若超时时间过短，响应不能完全返回，通讯就会报错；若超时时间过长，则会导致通讯周期过长。由于流量计组分数据偶尔需要根据实际工况写入流量计算机，故程序做了读数据和写数据不同时进行的条件切换指令，需要写入数据时，流量计算机停止读取数据，待数据写入完成后，停止写数据，开始读数据。数据读写通讯成功后，在UNITY PRO动态数据监控表里可以查看数据值。

（4）流量计数据在PLC通讯完成后，可同时传入值班室和杭州调度中心上位机监控软件INTOUCH来展示，做数据记录、报警、打印报表等操作，方便运行人员随时查看、抄录。

5 结语

流量计算机的RS485数据通过ETG100网关转换为标准的Modbus TCP／IP以太网数据，方便了PLC通过以太网读取数据，为满足下游用户的用气流量要求并进行贸易交接计量提供了保证。同时发电机、UPS、电液阀的数据根据同样原理分别读取到站控系统画面，方便了运行人员实时监测设备运行状态，及时准确排查设备故障，达到了良好的自动监控效果。