CENTUM VP系统与HIquad系统通讯

摘要：MODBUS是MODCON公司开发的一种应用层消息结构，用来在各个智能设备之间建立方便可靠的通讯。本文论述了YOKOGAWA公司的新一代DCS控制系统CENTUM VP系统与HIMA公司SIS系统HIquard系统通过MODBUS RS485通讯协议建立通讯。

关键词：MODBUS；CENTUM VP；HIquad

引言

中国石油云南石化公司全厂采用的DCS系统CENTUM VP系统，联锁系统为HIMA公司的HIquad系统，两个系统之间采用MODBUS进行相互通讯，保证生产的平稳以及安全运行。

1 MODBUS协议

MODBUS是MODICON公司为该公司生产的PLC设计的一种通信协议，从其功能上看，可以认为是一种现场总线。它通过24种总线命令实现PLC与外界的信息交换。MODBUS把通信参与者规定为“主站”（MASTER）和“从站”（SLAVE）。

1.1 MODBUS的結构

MODBUS有两种传送方式，RTU（Remote Terminal Unit）方式和ASCⅡ方式。MODBUS以LSB在先的形式传送数字量，以MSB在先的形式传送模拟量。

控制器以RTU模式在MODBUS总线上进行传输时，消息中均为二进制的数据，该模式的优点是在相同波特率下其传输字符的密度高于ASCII模式，即效率高于ASCII模式。

1.2 MODBUS消息结构

CENTUM VP系统与所有其他系统的MODBUS通讯均通过ALR121卡实现，且CENTUM VP通常作为主站。ALR121卡只支持RTU模式传输。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（如图1所示）。

1.2.1地址域

地址码是每次通讯信息帧的第一字节（8位），从0到255。这个字节表明由用户设置地址的从机将接收由主机发送来的信息。每个从机都必须有唯一的地址码，并且只有符合地址码的从机才能响应回送信息。当从机回送信息时，回送数据均以各自的地址码开始。

1.2.2功能码

功能码是每次通讯信息帧传送的第二个字节。ModBus通讯规约可定义的功能码为1到127。作为主机请求发送，通过功能码告诉从机应执行什么动作。作为从机响应，从机返回的功能码与从主机发送来的功能码一样，并表明从机已响应主机并且已进行相关的操作。

1.2.3数据域

数据域中的数据长度不定。在查询消息中，数据域由数据起始地址和数据长度组成。它们分别占用2个字节。在响应消息中，数据域包括数据长度（2个字节）和数据内容。数据以字节的方式传输。

1.2.4 校验域

MODBUS消息中的校验域允许各个设备检查传输过程中的错误。有时，由于电噪声和其它干扰，一条消息传输过程中可能会发生一些改变，校验能够保证设备不去响应错误消息，这就提高了系统的安全性和效率。

MODBUS消息结构就是这样简单。因为简单而且免费，所以得到众多厂家的支持，从而成为工控领域串行通讯事实上的标准。

2.通讯配置

2.1硬件配置

CENTUM VP系统为日本横河公司新一代DCS系统，在CS3000系统上升级而来，优化了下位机组态界面，上位机组态界面，增加了新功能。

CENTUM VP系统与HIquad系统连接采用MODBUS协议通过ALR121卡连接，CENTUM VP系统为主站，HIquad系统为从站，使用RS485两线制连接方式，DCS系统采用双重化冗余。HIquad系统使用F8621A MODBUS通讯卡件，四重化冗余通讯方式，即系统双卡冗余，每个卡件双线制冗余，连接到CENTUM VP系统ALR121卡的一个Port的上。如下图2

HIquad系统为德国HIMA公司的一种SIS系统，其价格低廉，实用性强，可靠性高。它的功能主要是当工厂的生产过程发生危险情况时，自动的按照预先设定好的安全功能进行保护，以防止危险事故的发生或者减轻其后果。

HIMA公司的HIquad系统采用F8621A通讯卡件与DCS进行通讯，只需插好卡件配置好连接线即可。每个通讯卡配置两条连接线，通讯电缆接到DCS系统之后，为端子式接法，四根通讯电缆一共有六根根通讯线缆，根据颜色的不同接到CENTUM VP系统的ALR121卡上面的接受和发送的端子上。六根线分别接在RX+，RX-，SG上面，连接完毕后指示灯读取，发送以及数字1跳动表示连接正常，该项目通讯卡为冗余模块。

硬件连接完毕之后需要进行两个系统之间的软件配置才能真正的互相通讯数据。

2.2软件配置

2.2.1 DCS软件设置

首先打开CENTUM VP系统的组态软件SYSTEM VIEW，选中与HIquad系统连接的ALR121卡件，右键单击—属性，出现以下画面，如图3

在属性画面中可以定义奇偶校验，数据位，停止位，波特率，响应时间，两或四线制等通讯参数，Card Common页面中必须选择MODBUS。本例中选择Port1端口与HIquad系统连接，根据HIMA公司提供的各项参数，在Port1中设置波特率为9600bps，偶校验，停止位为1。双击卡件进入编辑页面

选择通讯容积BUFFER根据HIAM系统厂家提供的缓冲区填写；通讯方式选择MODBUS；由HIMA厂家提供通讯点数量SIZE；ALR121卡通讯口Port设置为1；从站设置地址，根据HIquad设置为1；起始地址为A30011，输入第一个之后按照顺序向下排列；数据类型，可以为数字量或模拟量输入输出；数字量正向反向设定，本例中输入的是无符号的16位浮点数；设置扫描速度为普通；在最后面一栏里填写具体检测描述以及DCS软件组态中应用的位号。

2.2.2 SIS系统的软件设置

HIquad系统主要在ELOP II下位机软件中选中项目，点击右键，打开硬件组态双击通讯模块F8621出现如图4编辑页面，与DCS设置一致即可连接。

2.3数据转换

由于MODBUS只负责将HIquad中的数据传输至DCS。为了让数据正确显示，还需要对数据进行一定的计算。在DCS中利用如下公式进行转换：Y= GAIN*X+BIAS； 其中

Y：HIS中显示的PV，

X：通过MODBUS传到DCS的数据；

GAIN：可以理解为“斜率”

BIAS：偏差值

3.结论

在联锁调试以及投用过程中，HIquad系统与CENTUM VP系统通过MODBUS通讯稳定且迅速。而且HIquad系统报警DCS系统也有提示，可以提醒维护人员进行更好的维护。这进一步增强了控制系统的安全性，降低了故障率。若后续需要小幅升级改造，需要增加SIS系统与DCS系统的通讯点的数量，可以在软件里面直接增加。

作者简介：陈派，中国石油天然气有限公司广东石化分公司设备管理中心仪表组，研究方向：仪器仪表自动化。endprint