一种基于Modbus RTU通讯协议在EDPF-NT Plus系统中的应用方法

摘要

本发明公开了一种基于Modbus RTU通讯协议在EDPF‑NT Plus系统中的应用方法，所述EDPF‑NT Plus系统包括分布式处理单元、I/O模块、电源模块、机柜、计算机和输出设备，按照以下步骤实现：一、硬件安装施工；二、通讯参数设置及调试；三、通讯数据转换逻辑SAMA图组态；四、操作画面组态。本发明通过一根两芯屏蔽电缆和国电智深COMⅡ通讯模件采用RS485通讯接口，基于ModBus RTU通讯协议将PLC和DCS系统连接，实现远方监控，降低DCS硬件设备成本、电缆成本和人工成本，降低对COMⅡ通讯模件的内存寄存器中的每一位可进行读或写，然后通过“读”16位寄存器中已定义的每一位的值来获取现场设备的运行状态，通过“写”16位寄存器中的某一位值来实现对现场设备的远程控制，提高系统稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及通讯协议设计技术领域，具体来说，涉及一种基于Modbus RTU通讯协议在EDPF-NT Plus系统中的应用方法。

背景技术

EPDF-NT+ 系统是北京国电智深控制技术有限公司完全自主设计的，基于最新计算机嵌入系统技术和现场总线技术开发的的分布式控制系统。每个I/O模块具有独立的现场总线通讯节点，具有先进、可靠和易用多个特点。当前，PLC和DCS经过多年的发展，均属于技术成熟的控制设备和系统。在网络通讯方面,DCS网络是整个系统的中枢神经，采用的国际标准协议TCP/IP。而PLC因为基本上都为个体设备工作，其在与别的PLC或上位机进行通讯时，所采用的网络形式基本都是单网结构，网络协议也经常与国际标准不符，常用的一种通讯协议是Modbus RTU协议。

PLC应用比较广泛，成套设备生产厂家经常采用基于PLC设计一套完整的、成熟的控制系统。但是大型企业工艺过程控制多采用DCS进行控制。

当使用PLC进行控制的成套设备操控方式主要有以下三种：第一种为控制柜就地按钮操作；第二种为控制柜触摸屏操作；第三种为DCS远程操作。前两种控制方式需要人员在设备现场来控制设备运转，缺点是：1、人员劳动量大，人工成本高；2、设备监控不够及时，出现异常时不能第一时间发现，降低工作效率。第三种操控方式有利于实时监控，常规实施方法是在成套设备电气部分设计时要预留接入DCS系统的接线端子，包括成套设备中远方/就地状态信号、设备的启/停指令端子、运行/停止状态反馈端子、温度/压力/流量等测点信号接线端子。如此一来，需要若干块I/O模件，以及大量控制电缆将设备与DCS系统连接起来，从而带来了I/O模件成本、电缆成本和人工成本的增加。如果成套设备中包含若干个独立的子设备，要全部接入DCS系统进行控制，那I/O模件成本、电缆成本和人工敷设成本将大幅增加，项目建设成本也相应大幅增加。针对相关技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种基于Modbus RTU通讯协议在EDPF-NTPlus系统中的应用方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于Modbus RTU通讯协议在EDPF-NT Plus系统中的应用方法，其特征在于，所述EDPF-NT Plus系统包括分布式处理单元(DPU)、I/O模块、电源模块、机柜、计算机和输出设备，按照以下步骤实现：

一、硬件安装施工：

在DCS系统中安装国电智深COM Ⅱ通讯模件和配套底座，在国电智深EDPF-NT Plus系统工程管理器中对通讯模件进行正确配置；

在成套设备与所述DCS系统间设置一根两芯屏蔽电缆；

PLC侧电缆接入RS485通讯端子，所述COM Ⅱ通讯模件侧接在COM1或COM2口；

二、通讯参数设置及调试：

在进行调试工作前，在COM Ⅱ通讯模件侧通过第三方软件测试能正常接收到由PLC发出的数据包，否则检查PLC通讯设置是否正确，或检查电缆接线是否正确；

通过Windows超级终端对COM Ⅱ通讯模件中的寄存器进行设置，W命令，W填写任务列表，“=”后面有 0~7 共 8 个参数项，命令格式为：

COM1,TaskID(0-255),SLAVEADDR(1-128),FUNC,SAddr,NRegs,MemSAddr,TOver ；

三、通讯数据转换逻辑SAMA图组态：

接收PLC发出的状态反馈逻辑：COM模件收到PLC发出的数据是由多个16位寄存器组成的数据包。16位寄存器储存的数值为一个由16个二进制代码组成的模拟量，对这16个二进制代码进行解析，而这其中的某一位二进制码代表着现场设备的状态。使用国电智深DCS中的两种控制算法：APTOGP和UNPACK16算法；

DCS系统发出控制指令到PLC的逻辑：DCS系统上位机发生控制指令到PLC的过程是将上位机发出的启动/停止/挂起等指令组合成一个16位GP点，再将该GP点的数值转换为整数，赋值给模拟量输出点。使用国电智深DCS中的两种控制算法：GPTOAP和ACK16算法；

四、操作画面组态：

根据现场实际工艺流程图，利用EDPF-NT Plus中GB工具，对工艺流程图进行组态，并将设备操控指令和状态指示与步骤三中的点进行关联，以便远方运行人员操控现场对应设备，并接收该设备的运行状态信息来监控设备运行情况。

进一步的，所述分布式处理单元(DPU)的内部设置实时多任务软件操作系统和嵌入式组态控制软件，将网络通讯、数据处理、连续控制、离散控制、顺序控制和批量处理等有机地结合起来，形成稳定、可靠的控制系统，所述分布式处理单元(DPU)实现数据的快速扫描，用于实现各种实时任务，包括任务调度、I/O 管理、算法运算，可对自身连接的I/O模块信号进行组态控制。

进一步的，所述I/O模块通过模块底座与现场信号线缆连接，用于完成现场数据的采集、处理和现场设备驱动，所述I/O模块通过高速现场总线与分布式处理单元(DPU)进行通讯连接，实现现场分布式控制。

进一步的，所述电源模块是提供分布式处理单元(DPU)和I/O模块的工作电源。

进一步的，所述EDPF-NT Plus系统还包括通讯网络，所述通讯网络采用工业以太网冗余配置，可快速构建星型或环型拓扑结构的高速冗余的安全网络。

进一步的，所述APTOGP算法将模拟量输入的数值赋值给 GP 输出点，所述UNPACK16是GP点分解算法，所述UNPACK16算法将GP点分解成16个开关量，把输入GP点的16位的数值赋给16个开关量输出。

进一步的，所述GPTOAP将GP转为模拟量，该算法将输入GP点的数值转换为整数，赋值给模拟量输出点，所述ACK16是GP点组合算法，所述ACK16算法将16路开关量输入组合为GP点，输出一个GP点。

本发明的有益效果：本发明结构新颖，设计巧妙，利用DCS的通讯模件与PLC通讯实现远程控制，可以保持原有成套设备控制系统的完整性，避免了因DCS组态人员对于系统的工艺、设备的不熟悉或者硬件配置上的失误而延长调试时间或在调试过程中造成不必要的设备损坏或人员伤害，可以大量节省DCS硬件投资、电缆成本和人工成本，从而降低总体项目成本，具有很高的实用价值和推广价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种基于Modbus RTU通讯协议在EDPF-NT Plus系统中的应用方法的APTOGP和UNPACK16算法组合示意图；

图2是根据本发明实施例的一种基于Modbus RTU通讯协议在EDPF-NT Plus系统中的应用方法的GPTOAP和ACK16算法组合示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种基于Modbus RTU通讯协议在EDPF-NT Plus系统中的应用方法。

如图1-2所示，根据本发明实施例的一种基于Modbus RTU通讯协议在EDPF-NTPlus系统中的应用方法，所述EDPF-NT Plus系统包括分布式处理单元(DPU)、I/O模块、电源模块、机柜、计算机和输出设备，按照以下步骤实现：

一、硬件安装施工：

在DCS系统中安装国电智深COM Ⅱ通讯模件和配套底座，在国电智深EDPF-NT Plus系统工程管理器中对通讯模件进行正确配置；在成套设备与所述DCS系统间设置一根两芯屏蔽电缆；PLC侧电缆接入RS485通讯端子，所述COM Ⅱ通讯模件侧接在COM1或COM2口；

二、通讯参数设置及调试：

在进行调试工作前，在COM Ⅱ通讯模件侧通过第三方软件测试能正常接收到由PLC发出的数据包，否则检查PLC通讯设置是否正确，或检查电缆接线是否正确；通过Windows超级终端对COM Ⅱ通讯模件中的寄存器进行设置，W命令，W填写任务列表，“=”后面有 0~7 共 8个参数项，命令格式为：

COM1,TaskID(0-255),SLAVEADDR(1-128),FUNC,SAddr,NRegs,MemSAddr,TOver ；

三、通讯数据转换逻辑SAMA图组态：

接收PLC发出的状态反馈逻辑：COM模件收到PLC发出的数据是由多个16位寄存器组成的数据包。16位寄存器储存的数值为一个由16个二进制代码组成的模拟量，对这16个二进制代码进行解析，而这其中的某一位二进制码代表着现场设备的状态。使用国电智深DCS中的两种控制算法：APTOGP和UNPACK16算法；DCS系统发出控制指令到PLC的逻辑：DCS系统上位机发生控制指令到PLC的过程是将上位机发出的启动/停止/挂起等指令组合成一个16位GP点，再将该GP点的数值转换为整数，赋值给模拟量输出点。使用国电智深DCS中的两种控制算法：GPTOAP和ACK16算法；

四、操作画面组态：根据现场实际工艺流程图，利用EDPF-NT Plus中GB工具，对工艺流程图进行组态，并将设备操控指令和状态指示与步骤三中的点进行关联，以便远方运行人员操控现场对应设备，并接收该设备的运行状态信息来监控设备运行情况。所述分布式处理单元(DPU)的内部设置实时多任务软件操作系统和嵌入式组态控制软件，将网络通讯、数据处理、连续控制、离散控制、顺序控制和批量处理等有机地结合起来，形成稳定、可靠的控制系统，所述分布式处理单元(DPU)实现数据的快速扫描，用于实现各种实时任务，包括任务调度、I/O 管理、算法运算，可对自身连接的I/O模块信号进行组态控制。所述I/O模块通过模块底座与现场信号线缆连接，用于完成现场数据的采集、处理和现场设备驱动，所述I/O模块通过高速现场总线与分布式处理单元(DPU)进行通讯连接，实现现场分布式控制。所述电源模块是提供分布式处理单元(DPU)和I/O模块的工作电源。所述EDPF-NT Plus系统还包括通讯网络，所述通讯网络采用工业以太网冗余配置，可快速构建星型或环型拓扑结构的高速冗余的安全网络。所述APTOGP算法将模拟量输入的数值赋值给 GP 输出点，所述UNPACK16是GP点分解算法，所述UNPACK16算法将GP点分解成16个开关量，把输入GP点的16位的数值赋给16个开关量输出。所述GPTOAP将GP转为模拟量，该算法将输入GP点的数值转换为整数，赋值给模拟量输出点，所述ACK16是GP点组合算法，所述ACK16算法将16路开关量输入组合为GP点，输出一个GP点。

借助于上述技术方案，一种基于Modbus RTU通讯协议在EDPF-NT Plus系统中的应用方法，其特征在于，所述EDPF-NT Plus系统包括分布式处理单元(DPU)、I/O模块、电源模块、机柜、计算机和输出设备，按照以下步骤实现：

一、硬件安装施工：

在DCS系统中安装国电智深COM Ⅱ通讯模件和配套底座，在国电智深EDPF-NT Plus系统工程管理器中对通讯模件进行正确配置；

在成套设备与所述DCS系统间设置一根两芯屏蔽电缆；

PLC侧电缆接入RS485通讯端子，所述COM Ⅱ通讯模件侧接在COM1或COM2口；

二、通讯参数设置及调试：

在进行调试工作前，在COM Ⅱ通讯模件侧通过第三方软件测试能正常接收到由PLC发出的数据包，否则检查PLC通讯设置是否正确，或检查电缆接线是否正确；

通过Windows超级终端对COM Ⅱ通讯模件中的寄存器进行设置，W命令，W填写任务列表，“=”后面有 0~7 共 8 个参数项，命令格式为： COM1,TaskID(0-255),SLAVEADDR(1-128),FUNC,SAddr,NRegs,MemSAddr,TOver ；

例： #W=COM1 8 10 3 40 10 60 100

OK!

其中，参数含义如下：

①TASKID：从 0 开始的连续任务列表。

注意：如原任务号已被占用且新设定和原任务差别较大时，则需用“D=COM1”等先删除全部

任务后重新添加，且须编译运行后才生效，有时需要重新设定通讯口参数后才可生效。

②SLAVEADDR：COM 模件要访问的从站设备地址，一般由硬件设定。

③FUNC：MODBUS 命令功能码 （只列举了本发明中使用到的功能码）

功能码 3：读取从站的保持寄存器（40001~）数据写至内存中。

功能码 16：读取 COM 模件中内存的数据，写至从站的保持寄存器（40001~）

④SAddr：MODBUS 命令中要访问的外设备的寄存器或线圈的起始地址

对功能码 3，16：读、写从站的起始寄存器地址(0-65535)，注意是（MB 地址-1）

MODBUS 各区地址都从 1 开始，而此处为从 0 开始，注意不要错位。

⑤NRegs：MODBUS 命令读写寄存器或者线圈的中数量（个数）

对功能码 3，16：寄存器数量(1-2048)。

⑥MemSAddr：MODBUS 命令的输入/输出数据对应的内存区起始地址

对功能码 3：内存寄存器地址（0-2047），读入的数据放在从此处开始的连续区域。

对功能码 16：内存寄存器起始地址(0-2047)， 写出的数据来自从此处开始的连续内存区域。

注意：内存寄存器地址（0-127）对应 MODBUS 开关量的地址（1-2048）。

⑦Tover：通讯任务执行等待超时（单位为 2 ms）

如：#W=COM1 0 11 3 2 9 1000 100

该任务的意思是：COM1的0号任务，读取（功能码3）地址为11的从站中的第3（2+1）个保持寄存器开始的9个连续寄存器值，读取回来的数据存放到COM模件中的1000~1008共九个连续寄存器中。

注意：“W”命令是针对主站的，设为从站的端口不能写“W”命令。

三、通讯数据转换逻辑SAMA图组态：

接收PLC发出的状态反馈逻辑：COM模件收到PLC发出的数据是由多个16位寄存器组成的数据包。16位寄存器储存的数值为一个由16个二进制代码组成的模拟量，对这16个二进制代码进行解析，而这其中的某一位二进制码代表着现场设备的状态。使用国电智深DCS中的两种控制算法：APTOGP和UNPACK16算法；所述APTOGP算法将模拟量输入的数值赋值给 GP输出点，所述UNPACK16是GP点分解算法，所述UNPACK16算法将GP点分解成16个开关量，把输入GP点的16位的数值赋给16个开关量输出，

DCS系统发出控制指令到PLC的逻辑：DCS系统上位机发生控制指令到PLC的过程是将上位机发出的启动/停止/挂起等指令组合成一个16位GP点，再将该GP点的数值转换为整数，赋值给模拟量输出点。使用国电智深DCS中的两种控制算法：GPTOAP和ACK16算法；所述GPTOAP将GP转为模拟量，该算法将输入GP点的数值转换为整数，赋值给模拟量输出点，所述ACK16是GP点组合算法，所述ACK16算法将16路开关量输入组合为GP点，输出一个GP点。

四、操作画面组态：

根据现场实际工艺流程图，利用EDPF-NT Plus中GB工具，对工艺流程图进行组态，并将设备操控指令和状态指示与步骤三中的点进行关联，以便远方运行人员操控现场对应设备，并接收该设备的运行状态信息来监控设备运行情况。

所述分布式处理单元(DPU)的内部设置实时多任务软件操作系统和嵌入式组态控制软件，将网络通讯、数据处理、连续控制、离散控制、顺序控制和批量处理等有机地结合起来，形成稳定、可靠的控制系统，所述分布式处理单元(DPU)实现数据的快速扫描，用于实现各种实时任务，包括任务调度、I/O 管理、算法运算，可对自身连接的I/O模块信号进行组态控制。

所述I/O模块通过模块底座与现场信号线缆连接，用于完成现场数据的采集、处理和现场设备驱动，所述I/O模块通过高速现场总线与分布式处理单元(DPU)进行通讯连接，实现现场分布式控制。

所述电源模块是提供分布式处理单元(DPU)和I/O模块的工作电源。

所述EDPF-NT Plus系统还包括通讯网络，所述通讯网络采用工业以太网冗余配置，可快速构建星型或环型拓扑结构的高速冗余的安全网络。

通过一根两芯屏蔽电缆和一块国电智深COM Ⅱ通讯模件采用RS485通讯接口，基于ModBus RTU通讯协议将PLC和DCS系统连接起来，并实现远方监控，从而降低DCS硬件设备成本、电缆成本和人工成本。对COM Ⅱ通讯模件使用到的内存寄存器（16位寄存器，即16个二进制代码）中的每一位可进行读或写，然后通过“读”16位寄存器中已定义的每一位的值（如0表示设备停运，1表示设备运行）来获取现场设备的运行状态，通过“写”16位寄存器中的某一位值（如0表示停止指令，1表示运行指令）来实现对现场设备的远程控制。

本发明设计巧妙，利用DCS的通讯模件与PLC通讯实现远程控制，可以保持原有成套设备控制系统的完整性，避免了因DCS组态人员对于系统的工艺、设备的不熟悉或者硬件配置上的失误而延长调试时间或在调试过程中造成不必要的设备损坏或人员伤害，可以大量节省DCS硬件投资、电缆成本和人工成本，从而降低总体项目成本，具有很高的实用价值和推广价值。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。