基于Modbus 协议的横河DCS与SIEMENS PLC 系统通信

沈韦霖 吴明生 陈锡银 张 斌 祁建军 陈 明

（甘肃银光聚银化工有限公司）

某生产线采用横河CENTUM CS3000 DCS，而与其配套的冷冻机组装置则采用SIEMENS PLC系统进行控制。横河DCS包括1台工程师站、3台操作员站和1个控制站；SIEMENS PLC系统包含1台上位机和3台PLC机柜（SIEMENS CPU 312），由上位机进行数据监控。 现因控制系统优化，需实现PLC系统与DCS的数据通信，由横河DCS对冷冻机组装置进行控制。

1 通信协议

SIEMENS PLC系统与横河DCS间采用Modbus协议进行通信。 Modbus是一种主从模式的通信协议，通过主站发送请求，从站返回应答，实现数据传 输， 协 议 包 括RTU、ASCII 和TCP3 种。 其 中Modbus-RTU协议在DCS与PLC通信时最为常用，也是笔者将要采用的协议，该协议利用特定格式的报文进行数据交互，报文格式如图1所示。

图1 Modbus-RTU协议报文说明

图1中报文的意思是把数据0x0017 （十进制23）写入1号从机0x0001数据地址内。 其中从机地址为每个从站的专用地址，不可重复；功能号根据实际需求选取，06指写单个保持寄存器； 数据地址为从站将要存放数据的地址；数据指要传输的内容，用十六进制表示；CRC校验即循环冗余校验，是验证数据传输是否正确的校验功能码。

2 硬件

2.1 Modbus通信模块

3 台PLC 机 柜 均 配 备 有CP341 通 信 模 块。CP341模块是SIEMENS S7-300/400系列PLC中的串行通信模块。 CP341模块可以与各种SIEMENS模块和非SIEMENS产品点对点连接。 该模块支持Modbus-RTU协议。

横河DCS 采用厂家专用串行通信模块ALR121，该模块也支持Modbus-RTU协议，模块接线端子说明见表1。

表1 ALR121模块接线端子说明

2.2 硬件平台搭建

以横河DCS作为主站，SIEMENS PLC作为从站，主站发出请求，接收从站返回的数据。ALR121模块具有二线制和四线制接法，其中二线制为半双工通信，也是笔者所采用的接法，如图2所示，图中左侧为横河DCS端接线， 其中引脚RX+与RX-之间需加120 Ω的跨接电阻R1， 另一侧连接到所通信设备的相应通信端子即可［1，2］。

图2 ALR121模块二线制接线图

系统总体硬件网络如图3所示。 操作站通过工业以太网与横河DCS连接，每块ALR121模块集成了两路通信接口， 故配置两块ALR121模块，通过屏蔽双绞线与3套PLC从站连接，每个从站均由电源模块PS307、CPU 312和通信模块CP341组成。

图3 总体硬件网络图

3 软件

3.1 PLC组态

3.1.1 硬件模块添加

PLC编程采用SIEMENS的STEP7软件。 为实现CP341模块Modbus-RTU从站通信功能，需同时安装CP341模块通信插件CP PtP Param和Modbus从站的驱动程序CP PtP Modbus Slave 。 插件安装完成后，打开STEP7软件新建项目，进入硬件配置界面， 在规定的卡槽位置依次添加电源模块PS307、CPU 312和通信模块CP341，添加完成后的界面如图4所示。

图4 PLC系统硬件配置界面

3.1.2 设置Modbus从站

点击CP341通信模块， 进入参数配置界面，在该界面左上角的Protocol 栏中选择Modbus Slave将PLC设置为从站，设置完成后的界面如图5所示。

3.1.3 通信参数设置

双击图5Protocol下的信封图标进入Modbus-Slave参数配置界面（图6），配置从站地址为2，另外两台PLC从站地址分别为3和4； 然后配置比特率9 600，数据位8，停止位1，奇偶校验位none。

图5 Modbus Slave从站配置图

图6 CP341参数配置界面

3.1.4 编写通信程序

打开软件OB1编程界面， 从库中调用Modbus从站功能块DB80（图7），根据通信内容设置模块各引脚参数，模块接线端子说明见表2。

图7 Modbus从站功能块DB80

表2 Modbus从站功能块DB80接线端子说明

3.2 横河DCS组态

3.2.1 硬件模块添加

打开横河DCS编程软件，添加ALR121通信模块，如图8所示。

图8 添加ALR121通信模块

3.2.2 通信参数设置

选择串口通信协议为Modbus，进入参数配置界面（图9）设置参数，比特率为9 600，数据位为8，停止位为1，奇偶校验位为none。 此处通信参数设置应与PLC从站一致。同时，设置接线方式为二线制［3］。

图9 ALR121参数配置界面

3.3 系统调试

观察ALR121通信模块上接收、发送指示灯状态是否正常。 在编程软件中调出Process Report，观看数据发送情况，如果显示为“1”，则表示有数据发送过来。在横河DCS软件中绘制流程界面（图10），显示数据读取成功［4］。

图10 流程界面

4 结束语

笔者根据工业生产中的实际问题，以Modbus-RTU作为通信协议，通过硬件设计、平台搭建、软件组态、 通信编程， 阐述了横河DCS与SIEMENS PLC系统的通信过程。通信方案实施后，可直接通过横河DCS远程对现场冷冻机组设备进行控制，弥补了PLC就地控制的不足， 减轻了人力劳动强度，对生产线的平稳运行有重大意义。