西門子博途V15 在自控系統(tǒng)MODBUS通信上的應(yīng)用

徐 瑞 安丙峰 王 磊

（天華化工機(jī)械及自動化研究設(shè)計院有限公司）

自控系統(tǒng)作為現(xiàn)今全球工業(yè)在線控制不可缺少的一部分， 已成為工廠里各個生產(chǎn)裝置的核心設(shè)備，它能大幅提高裝置的生產(chǎn)效率。但由于原有廠區(qū)內(nèi)規(guī)劃的工業(yè)用地逐漸趨于緊張， 使得工業(yè)裝置中原來系統(tǒng)機(jī)柜間的冗余空間不足；同時，工業(yè)裝置距離集中控制系統(tǒng)機(jī)柜間較遠(yuǎn)， 若現(xiàn)場裝置出現(xiàn)故障或危險， 很難第一時間發(fā)現(xiàn)并及時處理， 因此將越來越多需要關(guān)注的核心生產(chǎn)裝置的自控系統(tǒng)配置在裝置區(qū)， 以便及時發(fā)現(xiàn)并解決問題。 而中央集中控制系統(tǒng)需要了解全廠裝置的運(yùn)行情況， 越來越多的裝置通過通信協(xié)議在現(xiàn)場與中央控制系統(tǒng)建立連接。 這里就工業(yè)系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的MODBUS 通信技術(shù)展開分析。

MODBUS 通信是基于協(xié)議規(guī)定的一種技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各個廠家的PLC 與PLC、PLC 與DCS、DCS 與DCS 之間的通信。 由于其信號穩(wěn)定、施工方便且故障排查容易，獲得了越來越多用戶和服務(wù)商的認(rèn)可。 而博途軟件功能強(qiáng)大，又進(jìn)一步簡化了PLC 程序在通信部分的編寫，大幅減少了編程人員在該部分的瑣碎工作。 筆者以某大型石化企業(yè)污泥干化系統(tǒng)MODBUS 通信為例進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 工藝介紹

污泥干化工藝流程主要由打漿、干化、洗滌、凝液回收和包裝5 個單元組成，主要設(shè)備有1 臺打漿罐、4 臺干化機(jī)、14 臺離心泵、4 臺刮板機(jī)和1 臺干料倉。

從圖1 所示的污泥干化工藝流程中可以看出， 來自上游的離子液污泥進(jìn)入打漿罐攪拌后，通過泵送打入4 臺干化機(jī)進(jìn)行干化，干化后的產(chǎn)品從干化機(jī)出料箱排出， 經(jīng)過刮板機(jī)送入干料倉，隨后進(jìn)入包裝機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品打包。 干化過程產(chǎn)生的載氣通過引風(fēng)機(jī)抽入洗滌塔進(jìn)行洗滌，處理后的尾氣直接經(jīng)引風(fēng)機(jī)外排；將處理產(chǎn)品換熱產(chǎn)生的凝液和不凝氣通過循環(huán)水泵抽入凝液罐，凝液由泵送至下游系統(tǒng)，不凝氣則經(jīng)過凝液罐頂部排出。

圖1 污泥干化系統(tǒng)工藝流程簡圖

可見，這套系統(tǒng)需要300～400 個監(jiān)視點、控制點，若采用中央控制系統(tǒng)，則需要在裝置區(qū)到中央控制室的綜合管廊上敷設(shè)大量的電纜和橋架，大幅增加了施工成本， 同時還需編程人員花大量時間對每個變量傳輸賦值，做大量重復(fù)工作。

2 MODBUS 通信方法

過去十年里，現(xiàn)場裝置的控制主要采用PLC板卡配觸摸屏，再通過MODBUS 通信電纜將信號全部送到中央控制系統(tǒng)， 該通信過程需要在STEP7 中編寫專門的通信程序，正常使用時如遇到通信中斷，則只能由廠家技術(shù)人員前來排查解決，不但影響了正常生產(chǎn)，也需額外增加人力開支，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 該通信程序主要通過配置功能塊FB7、FB8、FB80 及其需要的DB 數(shù)據(jù)塊實現(xiàn)，主要涉及的程序如圖2 所示。

圖2 STEP7 進(jìn)行MODBUS 通信的梯形圖和數(shù)據(jù)塊

配置中一旦設(shè)定錯誤或在操作中將某個參數(shù)誤修改，都將使整個通信癱瘓，故障原因查找起來也較復(fù)雜；再者，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)全部要通過相應(yīng)的賦值程序?qū)⒅D(zhuǎn)換為MODBUS 可識別的地址數(shù)據(jù)，若需要讀取的數(shù)據(jù)量大，將大幅增加人員的工作量。 由圖2 可以看出， 在調(diào)用FB80 時不但需要指定好每一個管腳的參數(shù)，而且還要在每一個數(shù)據(jù)塊中設(shè)置好相應(yīng)的地址；且每一個數(shù)據(jù)都需要寫一個梯形圖程序， 程序運(yùn)行極其繁瑣且容易出錯。

近些年， 西門子推出了新的軟件博途V15，該軟件將程序的編寫和組態(tài)畫面集成在一起，使原有復(fù)雜的硬件注釋變得更清晰。 應(yīng)用博途V15進(jìn)行相應(yīng)的MODBUS 通信處理，可降低程序的編寫量［1］，且直觀易懂，現(xiàn)場維護(hù)工作人員如有問題，可直接通過電話、微信等方式處理。 該過程涉及的主要程序界面如圖3 所示，從圖中的參數(shù)設(shè)置可以看出，主程序中不再需要編寫管腳參數(shù)設(shè)置的程序，且MODBUS 通信的數(shù)據(jù)地址可直接在模塊設(shè)置中指定，大幅減少了數(shù)據(jù)傳輸程序編寫的工作量，現(xiàn)場易調(diào)試，節(jié)省了調(diào)試人員的時間，可使設(shè)備盡早投入使用。

圖3 博途V15 進(jìn)行MODBUS 通信模塊設(shè)置

為了保證整個污泥干化裝置區(qū)域系統(tǒng)完好，在接入中央控制系統(tǒng)前先進(jìn)行了該區(qū)域系統(tǒng)MODBUS 通信的整體測試，確保所有數(shù)據(jù)都可以正確地傳輸過去。 采用MODSCAN32 進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)模擬測試， 在測試中設(shè)置好與博途V15 硬件CP341 模塊對應(yīng)的板卡地址、MODBUS 地址起始點和數(shù)據(jù)長度， 并在連接設(shè)置上確認(rèn)好與博途V15 硬件模塊對應(yīng)的端口地址、波特率、奇偶校驗位和傳輸模式中采用的RTU 協(xié)議。 將RS485 通信電纜通過MODBUS 通信器連接到測試計算機(jī)上，即可快速實現(xiàn)現(xiàn)場污泥干化裝置系統(tǒng)與計算機(jī)中MODBUS 地址的監(jiān)視與控制，界面如圖4 所示，可以看出，完成以上設(shè)置后，所有需要監(jiān)視的數(shù)據(jù)均可在模擬軟件中實現(xiàn)在線監(jiān)視。

圖4 MODSCAN32 模擬通信參數(shù)及監(jiān)視界面

3 博途V15 進(jìn)行MODBUS 通信的效果分析

使用博途V15 將污泥干化系統(tǒng)裝置的整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸送到中央控制系統(tǒng)，不僅提高了設(shè)計和編程人員的工作效率和準(zhǔn)確性，而且也有利于污泥干化生產(chǎn)裝置到中央控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對接，同時也為日后的使用維護(hù)和故障處理提供了方便。 一套污泥干化系統(tǒng)裝置數(shù)據(jù)傳輸?shù)男Ч治鲆姳?，博途V15 與STEP7V5.6 相比，在程序編寫時間、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性、現(xiàn)場調(diào)試時間和故障分析排查難度方面都有一定優(yōu)勢。

表1 MODBUS 通信效果對比

4 結(jié)束語

在石油化工的污泥干化處理項目中，采用博途V15 進(jìn)行MODBUS 通信程序的編寫和設(shè)置，減少了項目的調(diào)試、施工和維護(hù)時間；信號的穩(wěn)定性也得到保證， 降低了調(diào)試人員工作的強(qiáng)度，減少了現(xiàn)場操作人員不必要的麻煩。 該污泥干化系統(tǒng)現(xiàn)已投產(chǎn)， 控制系統(tǒng)穩(wěn)定，MODBUS 上傳至中央控制室的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定，達(dá)到工藝生產(chǎn)的正常要求。