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采用Modbus 协议实现DCS 系统中监控级数据集成 作者：成都四川大学原子核科学技术研究所（610064 ）黄宁 范轶翔 张俊 来源：《电子技术应用》 摘要：Modbus 协议实现水泥生产生料系统中不同操作站的监控数据集成，采用 ATL 开发出基于Modbus 通讯协议的一种通用接口组件，使得各异构成站点可以方 便地互连。介绍网络的拓扑结构和实现方法，并把Modbus 和其它几种协议如 NetDDE 、OPC 的集成方式作了比较和讨论。 关键词：DCS 监控数据集成 Modbus COM 数据集成是DCS 系统中的关键。一个典型DCS 系统从结构上可分为四层[1]：现场级、控 制级、监控级和管理级。本文讨论的是监控级，在这一级有许多并列的子站，一般采用计算机 作为为机接口，各站点可按功能划分，分别采集相应的现场信号和控制某些局部设备。但是， 各站点之间不是孤立的，它们必须互相配合、协调才能保证产品质量和实现连续生产，这就需 要各站点能互通讯息。另外，上级管理网也需要与监控级子站交互数据，以实现全局的监控和 优化。 然而，子站是采用不同开发平台、不同通讯协议组成的异构系统，可能由不同的厂家和个 为开发。要为每种协议写一个转换接口或驱动是比较繁琐的，特别是在站点和协议较多的时 候。因此，怎样有效集成数据，避免信息孤岛的出现，是DCS 系统中常遇到难点问题之一。 比较好的方法是各站点都采用标准协议进行数据通讯，而不必为每一种协议开发一个通讯 接口。目前这方面的协议比较多，Modbus 就是其中的一种。 1 Modbus 协议简介 Modbus 协议包括ASCII 、RTU 、PLUS 、TCP 等，并没有规定物理层。此协议定义了控制 器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的[2]。标准的Modicon 控制器使用RS232C 实现串行的Modbus 。RS232C 规定了连接器针脚、接线、信号电平、波特 率、奇偶校验等信息，Modbus 的ASC 水、RTU 协议则在此基础上规定了消息、数据的结构、 命令和就答的方式，如图 1 所示。数据通讯采用Maser/Slave 方式，Master 端发出数据请求消 息，Slave 端接收到正确消息后就可以发送数据到Master 端以响应请求；Master 端也可以直接 发消息修改Slave 端的数据，实现双向读写。 图2 是一个典型的Modbus 应用示例。Modbus 可以应用在支持Modbus 协议的PIC 和PLC 之间、PLC 和个人计算机之间、计算机和计算之间、远程PLC 和计算机之间以及远程计算机 之间（通过Modem 连接），可见Modbus 的应用是相当广泛的。由于Modbus 是一个事实上的 工业标准，许多厂家的PLC 、HMI 、组态软件都支持Modbus ，而且Modbus 是一个开放标 准，其协议内容可以免费获得，一些小型厂商甚至个人都可根据协议标准开发出支持Modbus 的产品或软件，从而使其产品联入到Modbus 的数据网络中。因此，Modbus 有着广泛的应用 基础。 在实际应用中，可以使用RS232 、RS485/422 、Modem 加电话线、甚至TCP/IP 来联网 [3]。所以，所以，Modbus 的传输介质种类较多，可以根据传输距离来选择。 2 Modbus 的具体应用 这里介绍的Modbus 的具体应用是某厂的水泥生料生产质量控制系统。此系统中一共有5 个子站：钙铁分析仪、四元素分析仪、料位位/料浆塞、配料秤、配库。每一个子站由一台计 算机和相关软、硬件组成，控制系统组成如图3 所示。 从图3 可看出，系统基本上是两个控制回路：一路由钙铁分析仪、配料秤及控制算法组 成，实现磨前精配，即出磨生料质量的在线实时闭环控制；另一路由四元素分析仪、料浆塞、 料位仪组成，实现摩后调配，即入窑前料浆质量的均化控制。配库算法在第二条回路中起控 制、优化和网络接口的作用。系统控制参数的改变由两个事件触发：钙铁仪分析的结果和四元 素分析的结果。这两个分 析结果由对用户定期采得 的实际生产中的样品的分 析得到。从图3 还可看 出，各站之间是相互联系 的，它们的协作关系到生 料生产的质量。 在网络设计中，不 仅要实现各站之间数据交 换，同时还要考虑到网络 的灵活性、通用性、可扩 展性。例如，数据源站点 应能比较容易地增减数 据、目标站点可能有多 个、数据流向应该是双向 的、所有