基于Modbus协议的DeltaV系统与西门子PLC系统的通讯

摘 要：Modbus是现代工业发展常用的通信协议，基于该协议的DeltaV系统与西门子PLC系统的通讯相比于传统通讯模式信息传输速度更快，且成本更低。现阶多数企业在通讯方面，选择基于Modbus协议的DeltaV系统与西门子PLC系统的通讯，并取得了良好的通讯效果。本文就基于Modbus协议的DeltaV系统与西门子PLC系统的通讯展开论述，介绍Modbus通讯协议的概念，并阐述具体通讯的实现路径。

关键词：Modbus通讯协议;DeltaV系统;西门子PLC系统;通讯

随着信息技术的不断发展，通讯技术发展迅速。在新的时代背景下，多数工厂测评系统需要信息技术的支持，借助Modbus协议实现信息的高效传输，充分利用DeltaV系统与西门子PLC系统，提高通信效率，实现数据资源共享。就目前发展情形而言，石油化工产业的智能化自动化发展水平逐渐提高，集散控制系统在自动化领域的应用范围也逐步扩大。所以，部分企业适时将其与相关控制系统进行有机整合联系，不仅能构建出功能框架体系更为健全的工作系统，还会在一定程度上加快实际工作质量和效率。其中，较为典型的融入代表即为西门子公司的PLC系统。

一、Modbus通讯协议

Modbus协议是现阶段工业测控系统常用的一种通讯协议，该协议能够有效转化数据信息，相比于传统通讯协议，翻译速度更快，只要与设备连接，设备的数据就能导入到系统中，实现了信息的高效传输。Modbus通讯协议你能通过24种总线命令实现PLC系统与外界的信息交换，详细描述了控制器访问设备的具体过程，不需要时刻考虑通讯设备的拓扑机构。在工业测控系统中，各种测控设备具有两种数据传输模式，即主模式与从模式。两种设备的本质不同，前者主要向后者发送查询请求，后者在接受请求后发出相应。Modbus系统间则通过功能码来控制各个设备之间的通讯请求及数据传输交换。然而在实际工作中，主设备发出查询请求后，从设备响应时间是不一定的，并不一定与主设备衔接，也不一定做出响应，这就出现了两种形式。第一种为主设备发出查询请求，但不需要等待从设备响应，这种情况一般将主设备以广播形式与其他设备连接所致。第二种形式恰恰相反，主设备发出查询请求后等待从设备的响应。该形式与DeltaV系统与西门子PLC系统相吻合，将通讯过程分为两个过程，即主设备发出查询请求，从设备响应。通讯不受影响的情况下，从设备会对主设备的请求做出及时响应，通过数据的方式進行传输，并存储到相应的系统中。并且，Modbud通讯双方利用寄存器地址来对需要传输的数据进行对应，再通过功能码控制，交换的数据有数字量和模拟量两种类型，用户级的寄存器地址则可分为输入位、输出位、输入寄存器、输出寄存器这四段。如果个别环节出现问题影响通讯不能正常进行，从设备在接受相应的信号后会产生一系列错误代码，该代码可以由错误检验域识别。

二、基于Modbus协议的DeltaV系统与西门子PLC系统通讯原理

以江铜集团贵溪冶炼厂为例，该厂工艺中二系统闪速炉硫酸和一系统硫酸动力中心均采用的是艾默生公司的DeltaV系统，其中硫酸二系列脱硫尾排电除雾器采用的是西门子S7-1200PLC的PLC系统。两个系统通讯均依据Modbus协议，DeltaV系统主要负责监测相关装置的阀门开度、温度、压力等重要指标，并形成相应的报告，相关数据能够自动被保存下来，有利于维持电除雾器的正常运行，从一定程度上降低了施工成本，使PLC系统的远程监控成为可能，远程监控用到的主要系统为DCS系统。DeltaV系统中提供了支持Modbus协议的串行卡，该串行卡一般作为主设备控制用于控制PLC系统的第三方设备，或是用于响应主设备读、写数据请求过程中。这是DeltaV系统支持Modbus通讯协议的主要原因，也是实现与PLC系统有机结合的根本。

三、基于Modbus协议的DeltaV系统与西门子PLC系统的通讯的实现

（一）注重系统之间的连接

首先，要将DeltaV系统与西门子PLC系统进行物理连接，借助专门的电缆线连接，还要正确选择连接端口，本次连接采用的是Modbus通信电缆，前一个系统的端口为端口1，后一个系统为TxD+和TxD-，能够为通讯创造良好的网络环境。连接工作要由专门的技术人员进行，保障连接的准确性，使整个通讯系统能够正常运行。

（二）DeltaV系统串行通讯卡的组态

该过程主要有五个重要步骤，但都有一定前提，一般情况下，DeltaV系统串行通讯卡的组态要在DeltaV Explorer中进行。下面阐述五个具体的步骤。

第一，将通讯卡插入特定的卡槽中，卡槽为DCS硬件卡槽。

第二，启动系统，完成通讯卡的识别工作。首先要将DeltaV Explorer打开，然后对通讯卡进行识别，识别中用到的组态为硬件组态，借助其中的自动识别功能（Auto Scan）进行识别。能够为整个系统提供网络环境，保障系统的正常运行。

第三，通讯卡识别成功后要进行相关属性的设置，待卡识别后，要用鼠标右键单击卡件的端口1，就能弹出属性，打开属性进行养护设置。主要设置端口状态、通讯模式以及其他参数。一般情况下，P01端口状态要设置为“Enable”，通讯模式设置为Modbus RTU，将DeltaV系统作为主要控制系统，即将主从模式更改为“master”。此外，还要设置该控制系统的主要参数，包括端口类型、波特率、校验方式、数据位与位停止，相关参数分别为RS422/485 half duplex、9600、none、8、1。

第四，增加串口设备，完成上述操作后要在P01接口增加新的串口设备，为了方便记录，还要为其命名，DEV-01，同时还要对其默认地址进行设置，一般默认地址为1。

最后，在新增的串口中加入数据整定包，即Dataset，鼠标右键单击找到其属性后进行相关设置，在弹出的选项中，主要调节General、DeltaV、PLC，根据实际的通讯条件设置其参数。

（三）西门子S7-1200PLC系统串行通讯卡的组态

该系统的组态有四个重要步骤，该系统为从系统，所有步骤均在SIMATIC Step 7 Basic V12中进行。下面阐述四个具体步骤。

第一，首先要启动SIMATIC Step 7 Basic V12，启动后将相关的文件打开，然后将项目视图呈现在界面。

第二，要求串口的硬件配置工作。在此过程中，要找到相关的串口模式，从Catalog中的“Communication”中找到CM-1241 RS-422/485串口模块，利用鼠标将其托到空卡槽中，此处主要指代CPU左侧的空槽位置，进而完善串口硬件配置。

第三，设置基本参数，在上面提到的串口模块中找到“Port Configuration”，然后调整相关参数，包括波特率、校验方式、数据位与位停止，相关参数分别为9600、none、8、1，其余默认。

第四，通讯信息传输。找到“CM1241_485_DB（DB34）”通讯程序模块，将相关通讯协议下的数据导入，然后再将其与OB1这一主程序快进行关联。后续主系统DeltaV发出查询请求后，PCL控制系统能够执行命令，找到相關数据后发送到DeltaV主站。

（四）DeltaV系统最终的监控画面显示

前面的步骤已经实现了DeltaV系统与西门子PLC系统的统一，DeltaV系统发出查询请求后，西门子PLC系统发出相应，能够实现信息的快速传输。相关数据在传输过程中也能被系统保存下来，进入相应的缓冲区，一般为串口卡Port1端口对应的缓冲区，能够准确记录历史信息，有利于系统恢复原始数据。通过两个系统的信息传输能够在DCS画面上进行监控和显示，最终表现真实的画面。

四、结语

综上所述，基于Modbus协议的DeltaV系统与西门子PLC系统的通讯系统的设计能够提高通讯效率，降低通讯成本。而Modbus协议是支持西门子工作PLC系统实现通讯的重要基础，也是适时推动其实际工作质量和效率提升的关键因素。在具体设计过程中，要根据实际条件调整相关参数，正确选择接口位置，技术人员要正确连接接口，同时还要激活通讯卡，保证整个通讯系统正常运行，提高通讯效率。这一通讯的实现，不仅方便了工艺操作和监控管理，对装置的平稳有序运行也具有一定促进作用。

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作者简介：廖思逸（1993—），男，江西龙南人，助理工程师，研究方向：电气工程及其自动化。