汪静　李寒生

摘 要：485总线是工业通讯中应用广泛而成熟的传输方式之一，它具有硬件设计简单、控制方便和成本低廉等优点。Modbus协议具有传输数据量大、判错能力强、实时性好等优点，从而成为当前工业控制领域中广泛使用的通讯语言。基于485总线的Modbus协议通讯是化工行业应用最为广泛的通讯方式。本文介绍了神华宁煤污水处理站的西门子PLC与DCS的485 Modbus通讯设计和应用，着重分析了通讯中的一些技术要点，难点和解决方案。

关键词：485总线；Modbus协议；PLC

工业控制已从初期单机控制逐渐走向集散控制，并走入大数据网络时代。现代工业控制网络为数据分析、数据处理 、数据采集、工业控制提供了方便，节省了预算成本，提高了系统能效。在应用中，往往需要不同生产厂家控制系统数据共同分享，或因为某集成系统性能不能满足控制需要而额外加系统，需要将2种不同厂家的控制系统进行相互联网。

神华宁煤污水处理站是化工厂中一个水处理装置，由西门子S7300系列PLC控制，为了更好地监控，DCS需要从该处理站获得数据。DCS与PLC控制站距离500米左右，故为了实现两系统的互联，方案决定选用485总线的Modbus协议通讯的数字通信方式来满足控制需要。

1 485总线介绍

当系统通讯距离比较进的时候（一般为几十米至上千米），通常采用RS-485 串行总线标准。RS-485的抑制共模干扰的能力主要来自于它具有采用平衡发送和差分接收这两种工作方式。由于总线收发传感器具有高灵敏度，能检测毫伏级信号（低至200mV的电压均能监测得到），故传输信号能在千米以外得到恢复。

Modbus协议是广泛应用于工业电子控制器上的一种常用通用语言。通过此协议，控制器与控制器之间、控制器和其他设备之间可以通过网络实现相互通信。通过Modbus协议，不同厂家生产的存在差异的不同控制系统可以实现互联，从而组成统一的工业网络，它已成为一种通用工业标准。

Modbus协议标准模式是使用RS-232C兼容串行接口，它对常用的硬件直接进行了定义。例如：信号位、传输波特率、连接口的针脚、电缆、复位针脚等。

Modbus协议将参与通讯者定义为两种类别，一种是为“主设备”（Master）常见的主设备有：可编程仪表或者主机 ，另一种是“其它设备”（Slave）典型其他设备是可编程控制器。主设备具备多种通信方式，即能单独和其它设备通信，也能以广播方式和所有其它设备通信；而其它设备之间独通信，其它设备返回一个消息作为回应，并且其它设备不能以广播方式查询。

2 通讯系统硬件组成和连接

485总线通讯距离可到1200m，而两个站之间距离500m左右，因此通讯过程中不需要485中继器。两个站需要使用Modbus协议进行通讯，因此DCS和PLC都需要选择支持Modbus 485的通讯模块，DCS选择了自主研发的Modbus模块，PLC需要选择支持Modbus 485的CP341模块。

为了保证通讯不受干扰，在敷设485总线电缆时宜采用镀锌钢管单独敷设，钢管之间需可靠连接并可靠接地。在通讯电缆两端需加入终端电阻消除在通信电缆中的信号反射，由于是主从通讯方式，PLC为从站，因此PLC使用的CP341模块需要插入从站狗。

3 PLC通讯组态及编程

首先CP341模块需要安装到PLC系统中，然后根据实际硬件对该系统组态。组态完成后，双击CP341模版，配置参数为MODBUS Slave。双击信封，配置MODBUS Slave参数。

1）配置通讯和从站地址；2）配置读写地址，主要设置Modbus地址与PLC地址的对应关系，逐一配置FC数据区，对于不需要使用的FC可以不配置；3）配置写参数；4）设置接口类型，此项目采用的485总线，因此应设置为RS 485模式。

配置完成后保存并装载驱动既完成硬件组态。

完成组态后需要编写通信程序，将FB7，FB8添加到程序块中，同时调用FB80功能块，并配置该块。下载程序到PLC当中，在线和实际查看Modbus模块是否报错，本地测试通讯状态，正常后可以开始调试与DCS的通讯。

4 系统调试

如果设置正确，则在DCS端可以读取PLC系统的数据，但是调试中常常会碰到数据可以读取，但是与PLC系统显示的数值不符的情况出现。这说明通讯是成功，物理连接没有问题，可能由于丢包或者数据类型不一致导致。

经过调试发现DCS与PLC显示数值不一致的原因是西门子PLC数据存储方式不同，西门子PLC将高字节存储在低地址，而DCS将高字节存储在高地址造成了数据不一致。DCS将读取的数据进行处理后显示一致。

5 结论

该系统经过测试运行，已完全达到控制要求，实现了在DCS中控室监控污水处理站，而且费用较低，起到了良好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1] 西门子公司技术资料.CP340/CP341/CP440/CP441通訊及编程，2010年5月.

[2] 廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3] 柴瑞娟，陈海霞.西门子PLC编程技术及工程应用[M].北京：机械工业出版社，2006.