Modbus通信協議在分布式控制系統中的應用

2、程序設計

ASCII模塊支持BASIC語言編程，此外，又附加了多條系統及函數指令，如接收、發送緩沖區操作指令、信息傳輸差錯控制CRC、LRC校驗函數指令和與CPU單元數據交換的讀寫指令等。編程使用WINDOWS操作系統上附帶的Hyperterminal（超級終端）軟件，通過此軟件，PC機可與連接在網絡上的其它PC機或串口終端設備進行文本文件的傳輸及顯示。編程時，將PC機串口與ASCII模塊的RS232串口連接，運行該軟件，就能在其界面上對ASCII模塊進行程序編寫、上傳、下載和調試等工作。也可先通過WINDOWS系統的寫字板編寫程序，并保存為文本格式，然后再通過Hyperterminal將程序下載到ASCII模塊。通信程序的主工作流程見圖五。

部分程序代碼如下：

OPTION BASE 0 //定義數組

DIM R（128）,FC（128）

R（48）=0:R（49）=1:R（50）=2:R（51）=3:R（52）=4:R（53）=5:R（54）=6:R（55）=7:R（56）=8

R（57）=9:R（65）=&h0a:R（66）=&h0b:R（67）=&h0c:R（68）=&h0d:R（69）=&h0e:R（70）=&h0f

R（97）=&h0a:R（98）=&h0b:R（99）=&h0c:R（100）=&h0d:R（101）=&h0e:R（102）=&h0f

OPEN #2,"COMU:19200,8,E,1" //設定串口參數

A%=LOC（2） //判斷接收緩沖區字符

IF A%=8 THEN

REX$=INPUT$（A%,#2）

……….

ENDIF

GOSUB ＊ZFCL //對信息進行分解處理

IF ST=1 THEN ＊JAOY ELSE ＊BACK //判斷是否本站信息

＊JAOY

GOSUB ＊CRC //CRC循環冗余校驗子程序

IF R=CRC THEN ＊WORK ELSE ＊BACK //信息校驗正確判斷

＊WORK

IF （FU=3） THEN GOTO ＊DJS //讀功能碼判斷，調寫操作子程序

IF （FU=6） THEN GOTO ＊XJS ELSE GOTO ＊BACK //寫功能碼判斷，調讀操作子程序

＊DJS //讀子程序

………

＊XJS //寫子程序

………

＊CRC //CRC 校驗子程序

……….

＊ZFCL //字符處理子程序

………

由于ASCII模塊支持ASCII碼，而RTU則是基于二進制碼的16進制字符通信方式，所以在程序編程中增加了碼制轉換程序。

CH5$=MID$（REX$,5,1） :CH6$=MID$（REX$,6,1） //提取字符段

VOL=ASC（CH5$）×256+ASC（CH6$） //將ASCII碼字符轉換十進制數

VOL$=HEX$（VOL） //將十進制數轉換成十六進制字符

3、程序優化及安全措施

在ASCII模塊與CPU單元數據交換程序部分，采取由ASCII模塊向CPU 單元主動發送讀寫請求信號，CPU單元在收到請求時才執行數據交換程序的方法。這樣，就縮短了PLC的掃描周期，提高了通信實時性。

在信息差錯控制部分，采用了CRC-16循環冗余校驗算法，該算法能使信息的差錯率低于10-14以下。如果信息校驗錯誤，程序將清除緩沖區，等待DCS信息重發。

根據生產需要，可在HMI上將現場按鈕等手控設備設為無效狀態，所有手、自動操作均在DCS上進行。考慮到如通信網絡遭到癱瘓等嚴重故障時，需保證現場電氣設備正常啟停，又增加了通信狀態定時偵測程序，在規定時間（10秒）內網絡上如無信號，PLC自動將現場按鈕等手控設備設為有效，同時DCS故障報警，直到網絡恢復正常為止。

四、結束語

當前分布式控制系統通信網絡的設備、軟件及整體架構，大部分是由專業廠商生產提供的，其總體性能較好。但如前所述，它們也有系統配置可選性小、網絡架構適應面窄、價格較高等缺點。筆者采用Modbus協議這一成熟通信技術，選用PLC的可編程模塊，進行基于Modbus通信協議的自主程序設計，架構起本自控系統的通信網絡。該網絡易擴展、易維護，具有結構簡單、應用靈活、編程方便、造價低廉等特點。這套系統在某化纖生產線一次投運成功，實際運行狀態良好，證明其穩定可靠，能完全滿足系統設計要求。到目前為止，該系統已在多個工程項目上投入使用，全部運行正常，取得了良好的經濟效益。

本文創新點：采用工業領域通用的Modbus通信協議標準，利用可編程的PLC特殊功能模塊，并進行通信程序設計，低成本的解決了本系統的通信架構問題，可為分布式控制系統通信網絡兼容性設計的一個思路。