西门子6ES7513-1AL02-0AB0安装调试
冶金，MODBUS,通讯 MODBUS 通讯协议在电解铝烟气净化空压站中的应用 李彦斌 甘肃信成自动化工程有限公司
随着现代社会的高速发展，工业作为国家的经济支柱，自动化程度也越来越高，在众多的控制系统当中，普遍存在着多种控制系统并存的现象，现场设备常由于其固有的通讯接口及协议的不同使得自动化控制系统陷入尴尬的局面，给系统集成增加了技术难度及成本，这些控制系统包括PLC、数据采集器和各种智能仪表等。若将该混合系统融合成一个整体，使所有监控都在集中控制室上位机上操作，就必须用一种可靠，安全，廉价的通讯方式将各种控制系统有机的连接起来。控制系统之间的通讯历来让人望而生畏，如今值得欣慰的是几乎所有控制系统都具有MODBUS通讯接口，使得系统间的通讯变得相对简单。
Modbus通讯协议是由MODICON公司为其控制器设计的一种可靠而有效的工业控制系统通信协议。从功能上看，可以认为是一种现场总线，Modbus协议定义了一种信息结构，这种信息结构可以被所有支持该协议的各种设备在通讯时认可和使用。它描述了控制器向其他设备发出查询的过程以及其他设备如何进行应答，以及错误的检测和报告。其数据通讯采用主—从方式，主站只能有1台，每个从站都有指定的地址，地址范围在0～247之间(其中0为广播地址)，只有主站具有主动权，从站只能对主站发送的命令作出响应。当主站发出数据请求消息(查询)时，从站接收到正确消息后就可以发送数据到主站以响应请求；主站也可以直接发消息修改从站的数据，实现读和写。本文着重介绍MODBUS通讯RS485接口在中国铝业股份有限公司青海分公司一、二期电解烟气净化扩容改造项目空压站PLC控制系统中的应用。
一、 项目公司背景及简介：
中国铝业股份有限公司（简称中铝）青海分公司，前身为青海铝业有限责任公司（原青海铝厂），位于青海省西宁市宁张公路28公里处，总占地面积195公顷，平均海拔2403米，是与山西铝厂、青海龙羊峡水电站同步配套建设的国家重点建设项目，是中国铝业股份有限公司唯一的化电解铝厂，也是我国目前海拔高、产能大、产量高的电解铝企业。公司电解铝生产系统采用冰晶石－氧化铝熔盐电解工艺。
随着现代社会的高速发展，工业作为国家的经济支柱，自动化程度也越来越高，在众多的控制系统当中，普遍存在着多种控制系统并存的现象，现场设备常由于其固有的通讯接口及协议的不同使得自动化控制系统陷入尴尬的局面，给系统集成增加了技术难度及成本，这些控制系统包括PLC、数据采集器和各种智能仪表等。若将该混合系统融合成一个整体，使所有监控都在集中控制室上位机上操作，就必须用一种可靠，安全，廉价的通讯方式将各种控制系统有机的连接起来。控制系统之间的通讯历来让人望而生畏，如今值得欣慰的是几乎所有控制系统都具有MODBUS通讯接口，使得系统间的通讯变得相对简单。
二、 系统描述
中国铝业股份有限公司青海分公司一、二期电解烟气净化扩容改造项目空压站控制系统主要是应用西门子S7-300PLC，与各种不同厂家设备（如：空气压缩机，微热式干燥器等）进行MODBUS通讯并进行监视和控制，为电解烟气净化提供稳定，干净的气源。一期空压站控制系统如图2采用了四台6.3kV450kW螺杆式空压机（施耐德Twido控制系统）和三台微热式干燥器（西门子S7-200控制系统）；并且为高压空压机配备了4台6.3kV的高压启动柜。二期空压站控制系统采用了六台6.3kV450kW螺杆式空压机（施耐德Twido控制系统）和四台微热式干燥器（西门子S7-200控制系统）；并且为高压空压机配备了6台6.3kV的高压启动柜。两套控制方式相同，均采用MODBUS通讯协议RS485接口。由于控制方式相同以下不再对二期进行详细介绍。
图2 电解空压站控制系统图
空压站控制系统可以分为两大部分：
1、 空压站PLC控制系统：该系统采用西门子S7-300系列CPU315-2DP（6ES7315-2AG10-0AB0）一块、七块模拟量、数字量输入、输出模块和一块CP341，RS485接口通讯模板（6ES7341-1CH01-0AE0）与四台施耐德Twido PLC和三台西门子S7-200系列CPU22（6ES7212-1BB23-0XB0）进行MODBUS通讯。在操作员站集中进行监视和控制。用西门子WinCC6.0做的一电解空压站主监控界面如图3。
2、 空压站循环水PLC控制系统：该系统采用S7-300系列CPU315-2DP（6ES7315-2AG10-0AB0）各六块模拟量、数字量输入、输出模块构成PROFIBUS-DP从站与空压站主站CPU进行通讯。空压站循环水共有三台主水泵，一台潜污泵，二台冷却塔风机，在操作员站集中进行监视和控制。用西门子WinCC6.0做的一电解空压站循环水监控界面如图4。
三、 MODBUS 通讯的实施
购买了CP341（6ES7 341-1CH01-0AE0）和MODBUS主站硬件狗Dongle（6ES7870-1AA01-0YA0包括软件、手册光盘）。安装好STEP7-V5.3、WinCCV6.0，并安装MODBUS主站驱动程序，在CP341模块上插入MODBUS主站协议的硬件狗，并完成了控制系统MODBUS接线如图5所示。
图5 电解空压站控制系统MODBUS接线图
本控制系统的难点就在于如何进行点到多点的MODBUS通讯，下面就如何进行点到多点的MODBUS通讯做一下详细介绍:
1、通讯参数的设置
先对通讯参数进行设置，在硬件组态窗口中双击CP341模板，打开CP341模板的属性窗口，请记录下模板的硬件地址：
在此地址为256。在编写通讯程序时，你需要该地址参数。点击属性窗口上的bbbbbeters按钮：
选择你所要使用的通讯协议，这里我们选用MODBUS MASTER协议，双击信封图标：
选择你所要使用的通讯协议，这里我们选用MODBUS MASTER协议，双击信封图标：
在程序中，LADDR为硬件地址256，我是这样做的：先做DB数据块，一个从站对应一个DB发送数据块和一个DB接收数据块。如：1号从站发送数据块为DB1，接收数据块为DB11；2号从站发送数据块为DB2，接收数据块为DB12；有七个从站做七个对应的数据块。
在OB1中应用定时器做一个600MS时间脉冲，脉冲宽度为70MS，用于触发发送数据块FB8，再调用一个计数器对发送的脉冲进行计数，范围为0到8，如果计数值大于等于8，就归为0，用计数器的数值来对应从站，如数值为1，将对应1号从站的DB发送数据块1和一个DB接收数据块块号11分别传送到字MW300（发送DB块块号）和字MW302（接收DB块块号）；以此类推，如数值为2，将对应2号从站的DB发送数据块2和一个DB接收数据块块号12分别传送到字MW300（发送DB块块号）和字MW302（接收DB块块号）。传送完成后，触发发送数据块。
进入90年代以后，以计算机网络技术为代表的IT业逐渐成为推动高科技产业发展的新热点，“开放”和“资源共享”是未来信息与控制领域发展的基本要求和发展趋势。系统的开放不仅使不同厂商的集散控制系统产品可以互连，也使得第三方的软件可以方便地在不同的硬件平台上应用，一个典型的集散控制系统主要包括计算机网络系统、数据库服务器、上位机系统、电视监控系统、下位机PLC和生产过程。自1975年套集散控制系统问世以来，集散控制系统在工业控制领域得到了越来越广泛的应用。集散控制系统又叫分布式计算机控制系统（DCS），是由计算机技术、信号处理技术、测控技术、网络通讯技术和人机接口技术相互发展而产生的，其主要特点是集中管理、分散控制，具有很强的自主性、协调性、灵活性和可靠性，可具体实现包括对每个电气设备的遥测、遥调、遥控功能，以及数据的历史记录、报表、事故分析等等。
InTouch是美国Wonderware公司开发的世界上个集成的、基于组件的MMI系统——FactorySuite2000中的一个核心组件。它具有的HMI（人机接口界面）和面向对象的图形开发环境，便于高效、快捷地配置用户的应用程序。它在报警和历史趋势方面的功能，极大地方便了对系统的监控，WonderwareInTouch在实际应用中被越来越广泛地用于电气自动化控制，如我公司润忠轧钢工段加热炉、打捆机等多个控制系统都使用了这个软件，现结合实际对该软件进行简单介绍。
一、Wonderware InTouch 软件的特点
InTouch和其它人机界面软件相比，主要特点是：
1、经过了完备的测试和运行考验。目前世界上有数十万套的InTouch系统在运行，该软件的可靠性和稳定性是非常高的。
2、大限度的开放性。InTouch的运行环境是Win98/95/NT，基本的通讯格式包括“快速DDE”和Suibbbink。其中,快速DDE兼容微软的DDE，许多Win95/98/NT下运行的软件都可以与InTouch直接通讯。为了与其他设备通讯，InTouch提供了广泛的通讯协议转换接口——I/OServer，能方便地连接到各种控制设备，包括：Siemens、Modicon等。甚至，也可以利用第三方Server。InTouch还提供了一个工具软件，帮助编写通讯协议转换软件。
3、它具有强大的网络功能，通过传统的DDE和扩展的NetDDE的方式，可与本机和其它计算机中的应用程序实时交换数据。它支持标准的ActiveX技术，使得用户可以轻松地为自己的应用程序开发各种网络多媒体功能。
4、数据库功能。InTouch除了自身带有数据库以外，还支持SQL语言，可以方便地与其他数据库连接。它支持通过ODBC访问各种类型的数据库，便于系统的综合管理。
5、InTouch的编程因为方法非常简单，任何的工程技术人员和维修人员都可以掌握。一方面缩短了应用开发周期，另一方面方便了用户修改和开发上位软件。
6、InTouch提供了各种强大功能，通过组态完全可以满足用户在操作、显示、记录上的各种特殊要求。
7、InTouch有多种绘图工具和丰富的图形库，可以做出非常易于操作和漂亮的画面。 现在Wonderware公司推出的InTouch7.0中文版，更加方便用户的使用和掌握。
二、InTouch 软件在自动化控制系统中的应用
以我公司的打捆机电气控制过程为例，打捆机的主要设备为液压站油泵、打捆机各打捆头、送线装置、压盘及导线小车等，上位机微机自动化系统的主要任务是对上述设备的动作进行使能设定、故障保护、打捆过程监控以及故障记录等。主要内容是：
1、保护功能：当油箱温度、压力异常时液压泵电机跳闸保护；当出现动作超时或喂线、抽线计数错误时停止打捆动作；当出现网络中断及PLC死机等异常情况时自动中止并等待人工响应。
2、遥测功能：模拟量如测量压盘、小车的实际位置；数字量如液压站油箱超高温度报警、出口压力报警、泵吸口阀保护开关等。
3、远程通信：打捆机各设备状态，保护动作信息可以在上位机操作系统的人机界面上一目了然。
4、远程控制：现场各开关量输出，包括对电气室电机接触器的吸合和断开等，打捆机本体各模拟量阀如导线小车、压盘动作的控制。
5、远程调节：对打捆机压盘设定打捆压力、打捆头扭结计数等进行合理调节。
6、过程站监控和管理：包括CRT显示，异常和事故报警，历史记录，顺序故障记录等。
控制流程示意图如下所示：
三、InTouch 软件选用原则
为了顺畅地运行InTouch，PC机应选用PⅡ以上机型，内存应在32MB以上。在InTouch中，上位机的数据主要分为内存型和I/O型。其中，内存型数据为InTouch程序内部定义的变量，不需要通过I/OServer即可进行访问；I/O型数据的来源一般为其它计算机结点或下位的PLC系统采集所得，这类数据由InTouch通过NetDDE或DDE的方式获得，上位机通过采集下位机中来自现场的数据，经过处理之后，将控制命令传给下位机，以此监控生产过程。通常上位机无法直接从下位机中取得数据，这时需要一个通讯接口——I/OServer。事实上上述系统中上、下位机通过局域网进行连接，并且下位机为Siemens的PLC，应该选用相应型号的I/OServer。
上位机软件主要的功能就是系统监控。InTouch可以为每个数据定义它的报警信息，模拟量还可定义高、低、高高、低低报警值，并且可以通过条件脚本或用户编制的快速脚本处理各种报警信息，如弹出报警窗口或声音提示。例如，要监控1号压盘压力过高的情况，就可以定义一个plate1_HiPressure的条件脚本，并在OnTrue脚本框中标注上相应注释。
系统安全问题是每一个上位机软件设计人员必须考虑的，InTouch可以通过帐号管理机制，限制不同人员的访问权限，从而实现系统安全可靠。