網(wǎng)關在燃氣站PLC與RS485設備通訊系統(tǒng)中的應用

郝振興

（北京信博昂自動化科技有限公司，北京100096）

0 引言

嘉興站要達到自動監(jiān)控、有人值守的運行效果，所有現(xiàn)場儀表、設備如流量計算機、發(fā)電機、UPS、電液閥等都要以485通訊方式接入PLC內，然后在場站和杭州調度中心SCADA系統(tǒng)監(jiān)控畫面顯示。

1 系統(tǒng)簡介

嘉興站流量計算機等485設備與PLC通過施耐德網(wǎng)關TSXETG100實現(xiàn)通訊，設備側為RS485／Modbus協(xié)議，采用485組網(wǎng)，從站方式；PLC側采用以太網(wǎng)／Modbus TCP／IP，主站方式。Modbus 485通訊架構只允許有一個主站，可以有多個從站?？紤]網(wǎng)關的通訊能力，配置兩套網(wǎng)關分擔通訊任務。

2 Modbus協(xié)議簡介

（1）Modbus協(xié)議是工控行業(yè)的標準協(xié)議，前身為莫迪康所寫，現(xiàn)已被施奈德收購，它是一種主站／從站協(xié)議，是事實上的行業(yè)標準，受到500多家行業(yè)供應商的支持，在線編程或數(shù)據(jù)采集應用很容易通過任何計算機的串行口得到直接支持。

（2）當在一Modbus網(wǎng)絡上通信時，此協(xié)議決定了每個控制器需知道它們的設備地址，識別按地址發(fā)來的消息，決定要產生何種行動。如果需要回應，控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。在其他網(wǎng)絡上，包含了Modbus協(xié)議的消息轉換為在此網(wǎng)絡上使用的幀或包結構，這種轉換也擴展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡解決節(jié)地址、路由路徑及錯誤檢測的方法。

（3）目前，Modbus有下列3種通信方式：1）以太網(wǎng)，對應的通信模式是 Modbus TCP；2）異步串行傳輸（各種介質如有線RS232／422／485、光纖、無線等），對應的通信模式是 Modbus RTU或Modbus ASCⅡ；3）高速令牌傳遞網(wǎng)絡，對應的通信模式是 Modbus PLUS。

3 通訊設備簡介

（1）埃爾斯特—英斯卓美FC2000型流量計算機輸出有串行通訊接口RS485，支持Modbus 485RTU協(xié)議。

（2）PLC為Schneider公司的UNITY QUANTUM系列，CPU模塊為140CPU67160，CPU主機架安裝有網(wǎng)卡模塊NOE77101，此網(wǎng)卡模塊通過交換機和網(wǎng)關TSXETG100通訊。

（3）TSXETG100是一款實現(xiàn)以太網(wǎng)設備與串口設備互聯(lián)的Modbus網(wǎng)關，該產品可以通過 Modbus TCP／IP協(xié)議和Modbus 485RTU協(xié)議的互換，輕松實現(xiàn)Modbus設備的互聯(lián)。嘉興站ETG100就是將現(xiàn)場設備RS485數(shù)據(jù)轉換為Modbus TCP／IP協(xié)議的數(shù)據(jù)，然后和140CPU67160建立通訊的。

4 通訊連接過程

4.1 通過筆記本上安裝的Modbus數(shù)據(jù)掃描軟件 Modscan讀寫流量計算機數(shù)據(jù)

（1）流量計算機上電調試前先要檢查接線是否正確，一般是直流24V供電，注意檢查24V直流電是否接反，若接線無誤則上電，設置流量計算機的ID號，將RS485參數(shù)更改為標準的 Modbus RS485RTU 協(xié)議（波特率9 600kb／s，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗）。然后檢查RS485通訊線A、B是否接反，若接線正確就可以進行下一步測試。

（2）將RS485轉232模塊接好線后插入筆記本的232串口（若筆記本無串口可以用RS485轉USB口模塊代替），打開掃描軟件Modscan，輸入被讀取流量計算機的ID號（此ID號在流量計算機操作界面可以設定，注意保持一致即可），輸入被讀流量計算機地址表的起始地址、地址表長度，選擇Modbus地址類型、數(shù)據(jù)類型，若能通訊成功，就可以看到被讀流量計算機地址表的數(shù)據(jù)了，若通訊不成功，會顯示相應的報錯信息，根據(jù)提示更換接線位置，改變起始地址數(shù)值、地址數(shù)據(jù)長度等，直到通訊正常為止。判斷數(shù)據(jù)正常的依據(jù)是讀取到的數(shù)據(jù)必須是連續(xù)穩(wěn)定無中斷情況下的數(shù)據(jù)。

4.2 TSXETG100與流量計算機建立通訊連接

（1）流量計算機的數(shù)據(jù)讀取正常后，將計算機與TSXETG100的485信號線接好，選擇ETG100撥碼開關為二線制Modbus 485信號接入方式，因嘉興站有兩臺流量計算機，故將兩臺流量計算機輸出的485A線并聯(lián)后出一根485A接入ETG100的3號接線端子，輸出的485B線并聯(lián)后出一根485B接入ETG100的4號接線端子，接線完畢后設置ETG100網(wǎng)關。TSXETG100第一次使用網(wǎng)頁瀏覽器更改它的IP地址：1）建立好物理連接；2）打開6.0或更高版本的網(wǎng)頁瀏覽器；3）在地址欄敲入ETG100默認地址169.254.0.10；4）默認用戶名為Administrator，默認密碼為Gateway，點擊OK；5）點擊Setup進入ETG100的設置界面；6）設置TSXETG100的相應參數(shù)為與上面一致的標準的Modbus參數(shù)，更改IP地址和PLC以太網(wǎng)的IP地址在同一個網(wǎng)段內即可。

（2）在筆記本上用IE瀏覽器打開ETG100的網(wǎng)頁，進入讀取設備寄存器地址頁面，輸入被讀流量計算機地址表的ID號、起始地址、地址表長度，在頁面上就能看到讀取的地址相對應的數(shù)據(jù)。此步注意事項：若遇到通訊不成功的情況，可以考慮更換485接線在3號、4號端子的位置，改變相應的頁面設置參數(shù)測試即可。此步驟也可用Modscan掃描軟件以以太網(wǎng)方式連接ETG100查看數(shù)據(jù)是否成功讀寫。

4.3 TSXETG100數(shù)據(jù)接入PLC網(wǎng)絡系統(tǒng)

（1）若前面兩步?jīng)]有問題，將ETG100接入PLC網(wǎng)絡系統(tǒng)，PLC讀寫網(wǎng)關有兩種途徑，一是通過設置PLC的模塊實用程序I／O掃描地址表來讀寫數(shù)據(jù)，二是在編程軟件 UNITY PRO內編寫READ＿REG、WRITE＿REG功能塊讀取、寫入流量計算機的數(shù)據(jù)，在嘉興站采用第二種方式。

（2）因ETG100網(wǎng)關設備不止一個，140CPU67160不支持對通訊功能塊的自動排序，需要編寫輪詢程序來實現(xiàn)，輪詢是每次只能激活一個Modbus的讀寫功能塊，REQ輸入處出現(xiàn)上升沿時，此功能塊將通過TCP／IP以太網(wǎng)從已定址從站讀取一個寄存器區(qū)域。READ＿REG、WRITE＿REG功能塊使用一條數(shù)據(jù)事務路徑，并且需經(jīng)過多個循環(huán)才能完成一項操作?？捎玫氖聞章窂綌?shù)取決于使用的通訊端口，TCP／IP以太網(wǎng)NOE77101模塊同時最多支持16個功能塊?？梢栽谕粋€通訊端口上對更多的通訊功能塊進行編程，但對于超過該端口支持的最大數(shù)目的通訊功能塊，將不再提供服務，直到釋放一條事務路徑為止。當事務路徑資源空閑時，同一個端口上的下一個功能塊才會變?yōu)榛顒訝顟B(tài)，并開始使用釋放的路徑。

（3）超時時間要設置合理，若超時時間過短，響應不能完全返回，通訊就會報錯；若超時時間過長，則會導致通訊周期過長。由于流量計組分數(shù)據(jù)偶爾需要根據(jù)實際工況寫入流量計算機，故程序做了讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)不同時進行的條件切換指令，需要寫入數(shù)據(jù)時，流量計算機停止讀取數(shù)據(jù)，待數(shù)據(jù)寫入完成后，停止寫數(shù)據(jù)，開始讀數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)讀寫通訊成功后，在UNITY PRO動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控表里可以查看數(shù)據(jù)值。

（4）流量計數(shù)據(jù)在PLC通訊完成后，可同時傳入值班室和杭州調度中心上位機監(jiān)控軟件INTOUCH來展示，做數(shù)據(jù)記錄、報警、打印報表等操作，方便運行人員隨時查看、抄錄。

5 結語

流量計算機的RS485數(shù)據(jù)通過ETG100網(wǎng)關轉換為標準的Modbus TCP／IP以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，方便了PLC通過以太網(wǎng)讀取數(shù)據(jù)，為滿足下游用戶的用氣流量要求并進行貿易交接計量提供了保證。同時發(fā)電機、UPS、電液閥的數(shù)據(jù)根據(jù)同樣原理分別讀取到站控系統(tǒng)畫面，方便了運行人員實時監(jiān)測設備運行狀態(tài)，及時準確排查設備故障，達到了良好的自動監(jiān)控效果。