從站地址：主站指明的接收命令的從站地址。
　　　　功能碼：功能碼決定本次通訊要求從站執(zhí)行的動(dòng)作，功能碼占1 個(gè)字節(jié)，表2 為MODBUS 協(xié)議規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)功能碼，某些設(shè)備的MODBUS 協(xié)議只兼容其中的一部分功能碼。
　　

　　　　數(shù)據(jù)起始地址：通訊時(shí)讀出、寫入數(shù)據(jù)的起始地址。MODBUS 有多種批量數(shù)據(jù)操作功能碼，可同時(shí)讀出或?qū)懭攵鄠€(gè)具有連續(xù)地址的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)起始地址占用2 個(gè)字節(jié)。
　　　　數(shù)據(jù)量：命令中進(jìn)行讀出或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)數(shù)量，這些數(shù)據(jù)從起始地址開(kāi)始連續(xù)地址排列，在對(duì)模擬量進(jìn)行操作時(shí)，每個(gè)數(shù)據(jù)具有2 字節(jié)；在對(duì)數(shù)字量進(jìn)行操作時(shí)每8 個(gè)數(shù)據(jù)為1 個(gè)字節(jié)。數(shù)據(jù)量占用2 字節(jié)。
　　　　CRC 冗余校驗(yàn)：MODBUS 通訊協(xié)議采用CRC-16 冗余校驗(yàn)進(jìn)行通訊錯(cuò)誤校驗(yàn)，其校驗(yàn)方法是將整個(gè)通訊字符串(不包括最后兩個(gè)校驗(yàn)字節(jié))的所有字節(jié)進(jìn)行移位并進(jìn)行異或計(jì)算，接收方按同樣的方法對(duì)收到的所有字符串進(jìn)行校驗(yàn)，并將結(jié)果與收到的冗余校驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，若一致則表明收到的字符串正確，否則接收到的字符串有錯(cuò)誤，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不會(huì)被采用。
　　　　MODBUS 通訊雙方以寄存器地址將雙方的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)起來(lái)，數(shù)據(jù)類型有數(shù)字量、模擬量?jī)煞N，寄存器地址分下面四類。
　　　　1）內(nèi)部數(shù)字量保持線圈，寄存器地址以1 開(kāi)頭，地址表示為1XXXX，內(nèi)部數(shù)字量保持線圈(寄存器)可理解為設(shè)備的內(nèi)部數(shù)字量中間寄存器，用于存放邏輯運(yùn)算的中間結(jié)果，可讀可寫，與設(shè)備的I/O通道無(wú)關(guān)。
　　　　2）外部輸入數(shù)字量線圈、繼電器，寄存器地址以2 開(kāi)頭，寄存器地址表示為2XXXX，外部輸入數(shù)字量線圈、繼電器(寄存器)，可理解為設(shè)備的數(shù)字量I/O 通道，每個(gè)寄存器和一個(gè)固定I/O 通道相對(duì)應(yīng)，寄存器的狀態(tài)代表數(shù)字量的狀態(tài)，可讀可寫。
　　　　3）外部輸入模擬量存儲(chǔ)器，寄存器地址以3 開(kāi)頭，地址表示為3XXXX，外部輸入模擬量存儲(chǔ)器(寄存器) ，可理解為設(shè)備的模擬量I/O 通道，每個(gè)寄存器和一個(gè)固定I/O 通道相對(duì)應(yīng)，寄存器的數(shù)值代表模擬量通道的數(shù)值，可讀可寫。
　　　　4）內(nèi)部模擬量保持存儲(chǔ)器，寄存器地址以4 開(kāi)頭，地址表示為4XXXX，內(nèi)部模擬量保持存儲(chǔ)器(寄存器) 可理解為設(shè)備的內(nèi)部模擬量中間寄存器，用于存放數(shù)值運(yùn)算的中間結(jié)果，可讀可寫，與設(shè)備的I/O 通道無(wú)關(guān)。　　　　
　　2. MODBUS的通訊過(guò)程　　
　　　　MODBUS是典型的主從式通訊協(xié)議，每個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)中只能有一個(gè)主站，從站的數(shù)量不能超過(guò)255個(gè)，通訊時(shí)主站首先向從站發(fā)送通訊請(qǐng)求命令字符串，從站接收到命令字符串后，根據(jù)命令字符串中的命令碼向主站做出相應(yīng)的回答，完成一次通訊。整個(gè)的網(wǎng)絡(luò)通訊都是由主站進(jìn)行調(diào)度。下面舉例說(shuō)明幾種常用功能碼的通訊過(guò)程。
　　　　例1：假定主站要求17從站返回地址為0020～0056的內(nèi)部數(shù)字量保持線圈的狀態(tài)，主站發(fā)出的通訊請(qǐng)求命令字符串如表3。
　　

　　　　從站地址：標(biāo)明被讀設(shè)備的地址，此例為地址為11。
　　　　功能碼：此例為01。
　　　　數(shù)據(jù)起始地址：從站內(nèi)部數(shù)字量保持線圈設(shè)定范圍內(nèi)的任何值，起始地址占2個(gè)字節(jié)，高位在前。此例為中為0013(MODBUS協(xié)議規(guī)定通訊字符串中的地址比實(shí)際地址小“1”)。
　　　　數(shù)據(jù)量：從起始數(shù)據(jù)地址開(kāi)始，欲讀取的連續(xù)地址的內(nèi)部數(shù)字量的數(shù)量，該位占用2個(gè)字節(jié)。假定17從站制0020～0056地址的內(nèi)部保持線圈狀態(tài)如表4所示，則正常情況下從站回信字符串如表5。
　　　　

　　　　從站地址和功能碼與主站命令字符串相同。
　　　　字節(jié)量：所傳數(shù)據(jù)字節(jié)的數(shù)量，每個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)包含8個(gè)數(shù)字量保持線圈狀態(tài)。字節(jié)數(shù)量在1～250之間。本例中為5個(gè)字節(jié)。
　　　　數(shù)據(jù)狀態(tài)：0020～0056地址的保持線圈狀態(tài)，注意：每個(gè)字節(jié)中，高地址位在前。
　　　　例2：假定主站要求17從站傳回地址為40108-40109的內(nèi)部模擬量保持存儲(chǔ)器的數(shù)值時(shí)，主站將發(fā)送如表6所示的通訊請(qǐng)求命令字符串，正常情況下從站回信字符串如表7。
　　

　　　　數(shù)據(jù)狀態(tài)1：地址為40108的內(nèi)部模擬量保持存儲(chǔ)器的內(nèi)容為022B。
　　　　數(shù)據(jù)狀態(tài)2：地址為40109的內(nèi)部模擬量保持存儲(chǔ)器的內(nèi)容為0000。
　　　　例3：假定主站欲將17從站的173地址單元的內(nèi)部數(shù)字量保持寄存器設(shè)置成“1”(ON)，主站發(fā)送通訊請(qǐng)求命令碼字符串如表8，正常情況下從站應(yīng)答字符串如表9。
　　

　　　　數(shù)據(jù)位(高位)：開(kāi)關(guān)狀態(tài)值ON=FF/OFF=00。
　　　　數(shù)據(jù)位(低位)：一直為00。
　　　　DCS與PLC之間通常采用支持MODBUS通訊協(xié)議的串行接口通訊方式。RS-232C是一種應(yīng)用最廣泛的串行通訊接口，在不使用調(diào)制解調(diào)器(MODEM) 時(shí)的通訊距離最遠(yuǎn)不超過(guò)15m。RS-422/485串行通訊接口在不使用MODEM時(shí)的通訊距離為1.2km，同RS-232C的區(qū)別只是在接口的電氣規(guī)格方面。作為DCS工程師應(yīng)該了解RS-232C的機(jī)械規(guī)格，通常規(guī)定數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(Data Terminal Equipment)方的接口為25/9腳針式插座，數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備DCE(Data Circuit terminating Equipment)方的接口為25/9腳孔式插頭。RS-232C串行接口最常用的9針的信號(hào)定義如表10所示。通訊參數(shù)包括通訊波特率、起始位位數(shù)、字節(jié)位數(shù)、停止位位數(shù)、奇偶校驗(yàn)方式等，只有通訊雙方的通訊參數(shù)設(shè)置相同，才能保證正常通訊。
　　

　　
　　2.系統(tǒng)簡(jiǎn)介
　　　　內(nèi)蒙古岱海發(fā)電有限責(zé)任公司位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布盟涼城縣境內(nèi)的岱海湖南岸，廠址東距北京市370km，西距呼和浩特市110km，東南距豐鎮(zhèn)市55km，在涼城縣的西南方28km。岱海發(fā)電有限公司一期建設(shè)工程#1、#2 機(jī)組為兩臺(tái)600MW 亞臨界參數(shù)燃煤發(fā)電機(jī)組，鍋爐由北京巴布科克· 威爾科克斯有限公司供貨，汽輪機(jī)由上海汽輪機(jī)廠供貨，發(fā)電機(jī)由上海電機(jī)股份有限公司供貨。
　　

　　
　　　　機(jī)組主要控制設(shè)備采用了西門子公司TELEPERM XP 分散控制系統(tǒng)。每臺(tái)機(jī)組包括3 個(gè)電源柜、15 個(gè)系統(tǒng)柜（包括2 個(gè)APF 柜，1個(gè)擴(kuò)展柜，1 個(gè)CM 通訊柜）、20 個(gè)端子接線柜、7 個(gè)繼電器柜、1個(gè)ETS 機(jī)柜、2 個(gè)MEH 機(jī)柜，3 對(duì)冗余的過(guò)程站(PU)、1 對(duì)冗余的歷史站(SU)、1 個(gè)工程師站(ES)、6個(gè)操作員站(OT)、1 臺(tái)值長(zhǎng)站及5 臺(tái)打印機(jī)等組成。另有公用系統(tǒng)5 個(gè)機(jī)柜，其中包括1 個(gè)電源柜。
　　　　機(jī)組的其他控制系統(tǒng)較多且控制分散獨(dú)立，如數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)采用西屋公司OVATION 系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)(FCS)采用國(guó)產(chǎn)南京東大金智DCAP-4000M 主控單元，遠(yuǎn)程I/O 采用無(wú)錫貝爾IDAS-2000 分散式智能數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，汽輪機(jī)安全控制系統(tǒng)(TSI)所配置的監(jiān)視檢測(cè)儀表是采用美國(guó)本特利·內(nèi)華達(dá)公司的3500 系列，其他如鍋爐吹灰，等離子點(diǎn)火，汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)等PLC 的型號(hào)廠家繁多，因此將各系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)視和控制就成為必然，本工程設(shè)計(jì)采用了西門子公司的CM104 通訊模件作為DCS 與第三方PLC 或DCS 通訊，接口采用MODBUS 通訊協(xié)議。
　　　　如圖2所示：鍋爐吹灰（MODICON PLC，組態(tài)軟件CONCEPT）、旁路系統(tǒng)（MODICON PLC，組態(tài)軟件CONCEPT）、DEH 系統(tǒng)（西屋OVATION，組態(tài)軟件OVATION）、FCS（國(guó)產(chǎn)通訊管理機(jī)）設(shè)計(jì)中按照廠方要求采用了雙路通訊連接。盡管其他系統(tǒng)控制柜與DCS 控制柜在同一電子間內(nèi)，但通訊距離均超過(guò)15m，也就采用RS-485 遠(yuǎn)程通訊方式。DCS 系統(tǒng)通訊模件CM104 作為主站，第三方設(shè)備作為從站。每個(gè)CM 可以提供6 個(gè)9 針RS-232C 串行接口即可同時(shí)與6 套PLC 通訊，RS-232C 到RS-485 接口之間的轉(zhuǎn)換使用PHOENIX 公司的產(chǎn)品。
　　

　　　　
　　3.應(yīng)用實(shí)例介紹與分析
　　　　TELEPERM XP 與外圍系統(tǒng)(這里統(tǒng)稱為PLC)通訊用的模件處理器CM104，支持MODBUS 協(xié)議，工程中按照連接分為4 組共使用了6 個(gè)。岱海電廠使用的多種獨(dú)立的PLC 及成套的PLC 監(jiān)控系統(tǒng)需要與DCS 通訊的，如表12 所列。CM104 的控制組態(tài)包括硬件及各類輸入輸出組態(tài)，在此不作介紹。
　　　　DCS 與PLC 的通訊大致可分為兩種情況： 1）當(dāng)PLC 與DCS 距離在15m 之內(nèi)時(shí)，可將DCS 的CM104與PLC 的CPU 或者通訊模件采用RS-232C 直接連接方式。2）當(dāng)PLC 與DCS 距離為數(shù)十米至1.2km 時(shí)，為了保證PLC 與DCS 的通訊效果，CM104 與PLC 之間將采用RS-232C 接口轉(zhuǎn)化成RS-485/RS-422 接口。我們采用PHOENIX 公司的PSM-EG-RS-232C/RS-485-P/2D 模塊作為RS-232C 轉(zhuǎn)為RS-485 接口的適配器，其內(nèi)部跳線設(shè)置：RS-485 BUS-END 為ON 即需要終端電阻，DTE/DCE 跳線設(shè)置為DCE 即數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備方。CTS RTS / 和CTS RTS / 跳線設(shè)置為CTS RTS / 即硬件流控制模式。TELEPERM XP系統(tǒng)與PLC、FCS、IDAS 等第三方設(shè)備通訊連接概貌如圖1 所示。在岱海電廠設(shè)計(jì)中所有通訊方式都是采用RS-485 遠(yuǎn)程方式。
　　　　

　　3.1 鍋爐吹灰及汽機(jī)旁路系統(tǒng)
　　　　設(shè)計(jì)中CM104 的MODBUS RS-232C 接口采用標(biāo)準(zhǔn)的9 芯RS-232C 串行接口，經(jīng)過(guò)PHOENIX 公司的PSM-EG-RS-232C/RS-485-P/2D 接口適配器轉(zhuǎn)為RS-485 接口，鍋爐吹灰廠家自帶ADAM-4520 模塊也是RS-232C 轉(zhuǎn)為RS-485/RS-422 接口的適配器。將PLC CPU11303 的MODBUS RS-232C 接口轉(zhuǎn)為RS-485與DCS 通訊。實(shí)際使用中通訊經(jīng)過(guò)兩次的接口轉(zhuǎn)換后連接不上。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)廠商接口轉(zhuǎn)換適配器兼容性差。解決方法為使用同一廠商的適配器（ADAM-4520）后通訊連接正常。PLC 的通訊參數(shù)設(shè)置：Modbus Slave Address =1，Baud Rate = 9600 ，Data Bit = 8 (RTU 方式)，Stop BIT = 1，Parity = Even Parity。由于其PLC 設(shè)計(jì)未使用冗余配置且理論上也不能實(shí)現(xiàn)雙路的通訊連接。
　　　　汽機(jī)旁路系統(tǒng)采用的PLC 也是MODICON QUANTUM 系列，CPU 434 為冗余配置，每個(gè)CPU 有2 個(gè)MODBUS RS-232C 接口，可以實(shí)現(xiàn)通訊連接的冗余，即每個(gè)PLC 各送一路信號(hào)進(jìn)同一個(gè)CM104，但由于冗余的CPU 之間并不能根據(jù)通訊的中斷故障進(jìn)行切換，所以實(shí)際應(yīng)用中也不能實(shí)現(xiàn)雙路的通訊連接。其接口同樣需要從RS-232C 到RS-485 的轉(zhuǎn)換， 接口適配器選用了PHOENIX 廠商的PSM-ME-RS-232C/RS-485-P，接口經(jīng)過(guò)兩次轉(zhuǎn)換但不存在兼容性問(wèn)題。這再次證明了DCS 與吹灰系統(tǒng)通訊故障的原因。PLC 的通訊參數(shù)設(shè)置：Modbus SlaveAddress =1 ，Baud Rate = 9600 ，Data Bit= 8 (RTU 方式)，Stop BIT = 1 ，Parity = Even Parity。CM104與MODICON PLC通訊連接如圖3。
　　
　　　　

　　3.2 數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)
　　　　數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)采用西屋公司OVATION控制系統(tǒng)。其通訊模件Link Controller Modules(LC：1C31169G02)提供了2個(gè)接口：J1口RS-232C為編程接口，J2口RS-485/422為通訊應(yīng)用接口，設(shè)計(jì)中同樣采用了RS-485遠(yuǎn)程通訊方式，正常施工接線后通訊卻連接不上。經(jīng)過(guò)與OVATION廠家的探討，西屋公司對(duì)RS-485和RS-422的接線標(biāo)準(zhǔn)是相同的，即要采用4線制全雙工串行連接。解決方法為選用RS-232C到RS-422的接口轉(zhuǎn)換適配器，采用4線制全雙工連接后通訊正常。LC模件通訊參數(shù)設(shè)置：Modbus Slave Address =1 ，Baud Rate =9600 ，Data Bit = 8 (RTU方式) ，Stop BIT = 1 ，Parity= Even Parity。由于其系統(tǒng)沒(méi)有配置兩塊LC模件故實(shí)際沒(méi)有實(shí)現(xiàn)雙路的通訊連接。要注意的是OVATION系統(tǒng)不僅要在工程師站做通訊測(cè)點(diǎn)的相關(guān)組態(tài)。其LC模件也需要通過(guò)J1編程接口寫入相應(yīng)的通訊配置文件。CM104通過(guò)LC模塊與OVATION系統(tǒng)進(jìn)行RS-422通訊連接如圖4.
　　　　

　　3.3 BENTLY 3500 汽機(jī)安全監(jiān)視系統(tǒng)（TSI）
　　　　Bently 3500汽機(jī)安全監(jiān)視系統(tǒng)2套，其MODBUS通訊模塊為通訊網(wǎng)關(guān)MODBUS RS-485輸入/輸出模塊(卡件)，同DCS的通訊采用一主二從(主方在終端位置)的4線制全雙工接口方式。通訊電纜連接方式如圖5所示。
　　

　　　　在此TELEPERM XP的CM104下掛2套Bently 3500 ，故下列參數(shù)設(shè)置必須相同。Bently 3500系統(tǒng)：Modbus Slave Address 分別為1 ，2。Baud Rate = 19200 ，Data Bit = 8(RTU方式) ，Stop Bit =1 ，Parity = None。其MODBUS RS-485輸入輸出模件內(nèi)置了終端撥碼開(kāi)關(guān)，因此把RACK2的通訊模塊MODBUS 1接口下?lián)艽a開(kāi)關(guān)RX-TERM為ENABLE即需要終端電阻。　
　　3.4 鍋爐等離子點(diǎn)火系統(tǒng)
　　　　等離子點(diǎn)火系統(tǒng)采用了西門子S7-300 系列PLC，用CP341 卡作為MODBUS 通訊模塊。CP341 卡有1 個(gè)15 針串行接口，支持MODBUS 協(xié)議。PLC 通訊參數(shù)設(shè)置為Modbus Slave Address = 1 ，Baud Rate= 19200 ，Data Bit = 8(RTU 方式) ，Stop Bit = 1 ，Parity = None。主站DCS 的CM104 串口經(jīng)過(guò)RS-232C 到RS-485 接口的轉(zhuǎn)換后與CP341 通訊不正常， 檢查PHOENIX 的PSM-EG-RS-232C/RS-485-P/ZD 接口轉(zhuǎn)換適配器，只有數(shù)據(jù)發(fā)送請(qǐng)求指示燈RTS 正常顯示。而從站的CP431 模件的通訊狀態(tài)指示只有接收指示燈RxD 正常。通訊線路斷開(kāi)后，CM104 和CP341 分別連接筆記本電腦，使用MODSIM32 和MODSCAN32 軟件分別模擬仿真通訊的“從站”和“主站”進(jìn)行診斷，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)接口適配器轉(zhuǎn)換后報(bào)文格式不正確，導(dǎo)致從站沒(méi)有響應(yīng)而不能給主站返回?cái)?shù)據(jù)。解決方法：更換其他廠家的RS-232C/RS-485 接口適配器后通訊正常。通訊連接如圖6。
　　

　　
　　4.實(shí)施過(guò)程中的注意事項(xiàng)
　　　　當(dāng)連接和組態(tài)工作正確無(wú)誤后，PLC和DCS會(huì)進(jìn)入正常的數(shù)據(jù)通訊狀態(tài)。這可以從卡件的狀態(tài)燈上反應(yīng)出來(lái)。一般卡件上都會(huì)有表示錯(cuò)誤狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)接收的相應(yīng)指示作為判斷通訊狀態(tài)和進(jìn)行故障診斷的依據(jù)。
　　　　當(dāng)通訊不正常時(shí)，卡件的狀態(tài)指示燈會(huì)立即顯示錯(cuò)誤狀態(tài)。此時(shí)應(yīng)先檢查硬件錯(cuò)誤再檢查軟件錯(cuò)誤，如通過(guò)軟件組態(tài)功能塊的診斷信息來(lái)查找故障原因。在軟件編程方面，要注意以下兩點(diǎn)：
　　1）要確保PLC和DCS的通訊速率一致，建議使用9600或19200常用的通訊速率，而且最好不要增加奇偶校驗(yàn)。
　　2）要保證通訊數(shù)據(jù)地址的有效性，如果有“地址錯(cuò)位”的情況，偏置可以在主站CM104中設(shè)置，而部分通訊第三方廠家也具有該功能，這也需要雙方事先協(xié)調(diào)好。
　　　　在硬件方面，要注意以下方面：確保使用屏蔽的ITP電纜，同時(shí)注意在接線時(shí)一定要正端連接正端，避免接反。在接口適配器的選型上，由于各廠商設(shè)計(jì)規(guī)范不盡相同，盡量使用認(rèn)可度高、實(shí)用效果好的產(chǎn)品；如果通訊經(jīng)過(guò)兩次接口轉(zhuǎn)換，最好選用同廠商的同型號(hào)產(chǎn)品，避免存在兼容性問(wèn)題。　　
　　5.結(jié)束語(yǔ)
　　　　通訊實(shí)施后，在傳輸信號(hào)的質(zhì)量上以及維護(hù)上都有了比較明顯的改善，岱海電廠#1機(jī)組目前已經(jīng)投入使用，PLC上所有監(jiān)視、控制都可以在DCS上進(jìn)行。通訊的實(shí)時(shí)性很好，但部分控制信號(hào)如發(fā)短脈沖指令時(shí)（＜1秒）在精度上略顯不足。對(duì)于DCS項(xiàng)目工程師在控制方面的設(shè)計(jì)與組態(tài)也許不會(huì)感到有什么困難，但對(duì)于把不同廠家的PLC與DCS連接起來(lái)則可能會(huì)感到很困難。以上是筆者在內(nèi)蒙古岱海電廠一期2×600MW機(jī)組調(diào)試PLC與DCS通訊時(shí)的一點(diǎn)總結(jié)并具有一定的代表性，希望能給同行提供一些幫助。