工控过程中Modbus Plus网络的应用

发表时间：[2007-09-27]　　作者：　　编辑录入：admin　　点击数：3014

摘要:MB+网是一种工业通讯网，主要用于PLC机之间的数据通讯，文章主要介绍了MB+网的特点及其在济钢精炼控制系统中的应用。

　关键词:MB+网　精炼控制

1 前言

　三炼钢LF/VD炉外精炼系统2000年动工建造。我们引进了一套美国的PC一984的升级产品，Quantum Automation Series(简称QAS)控制系统分别完成120tLF钢水加热炉的自动控制，VD真空脱气控制系统的自动控制、RMH及布料的自动控制。Modbus Plus网络是一个工业通讯系统，由带智能终端的可编程控制器和计算机通过公共线路或局部专用线路连接而成。其系统结构即包括硬件也包括软件。它可以应用于各种数据采集和过程监控。整个精炼系统首次应用Modbus Plus网完成各区域之间的信号传递、数据通讯，并取得较好的效果。

2 MB+网简介及其协议体系

　 MB+网是MODICON公司为其PLC系列产品开发的通讯网络，它是一种协议体系结构。MB+网是一种工业局域网，遵循IEEE802．4局域网标准，其协议体系结构见图1，图中给出了它与OSl参考模型的对应关系。在链路层，MB+网采用IEEE802.2逻辑链路控制协议和IEEE802.4令牌总线媒体访问控制协议。在会话层、描述层，MB+网采用NetBIOS网络编程接口。NetBIOS实际上介于会话层和描述层之间。

　 Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。用过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络(如以太网)和其他设备之间进行通讯。它已经成为一种通用工业标准。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构，而不管它是在何种网络上进行通讯的。它描述了一控制器请求访问其他设备的过程，如果回应来自其他设备的请求，以及怎样侦测错误并纪录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。

　当在一Modbus网络上通讯时，此协议决定了每个控制器需要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。如图1所示在应用层，MB+网采用Modbus通讯协议。Modbus协议主要包括寄存器读写、开关量I/O等命令。Modbus协议有ASCII和RTU两种方式，这里以RTU方式为例，报文格式见图2，各字段的含义如图2。

　从机地址：指示接收主站报文的从站地址。在MB+网中该字段没有意义。

　功能码：指示被寻址的从站要完成的功能。

　数据段：该字段的内容由功能码决定，它包括完成指定功能所需的信息。

　校验码：采用CRC-16校验，生成多项式为x16+x15+x2+1。

　 Modbus协议采用命令膻答方式，每一种命令报文都对应着一种应答报文，命令报文由主站发出，当从站收到后，就发出相应的应答报文进行响应。通过这种响应可满足上位机、PLC及其他数据源经双绞线在工业现场的环境下实现对等通讯。MB+的数据传送速率是1MBPS，MB+网可完成如下任务：

　 (1)984PLC之间的数据传送；

　 (2)QAS之间的数据传送；

　 (3)984PLC和QAS之间的数据传送；

　 (4)多台984PLC的程序编制；

　 (5)多台QAS的程序编制；

　 (6)上位机应用程序的上传、下载和归档。

3 炉外精炼中Modbus Plus控制网络构成

　在整个炉外精炼中，我们共组建了两个控制网络：LF控制系统、VD控制系统。RMH(上料系统)穿插在这两个系统中，由以太网共同控制。整个网络主要由以太网和Modbus Plus两层网络组成。上位机HMI(Human Machine Interface)通过工业以太网对下层网络即Modbus Plus进行系统操作与监视等。

　 Modbus Plus控制网络中主要由PLC主站和从站组成，其中PLC作为主站，它负责在预定的信息周期内循环与从站交换信息，发送控制信息，读取从站的状态等。下面以LF系统为例，介绍整个网络系统的控制。如图3所示，整个网络上级控制有3台上位机HMIl、HMI2、THS组成。这三台上位机主要运行于工业现场，由它完成开关量控制及开关量输入、模拟量输入等数据采集任务，同时对采集到的原始数据进行前期处理，主要是进行一些转换及运算，生产工可在触摸屏上进行远程控制。三台上位机通过以太网分别控制LF、VD、RMH的自动控制柜。

　图3中由工业以太网控制的整个系统完成了上位机同3台PLC之间的数据通信，同时MB+网用于LF电极调节控制系统、1#、2样喂丝机同其他系统的数据交换。作为MB+网的典型配置如图4所示，PLC作为一级主站，它负责在预定的信息周期内循环与从站交换信息，发送控制信息，读取从站的状态等，LF区域3个PLC柜、配电柜、中压柜、液压单元等10个I/O远程即作为下级从站，测取样温、事故搅拌、MAGLIS通过MB+网络控制现场设备，它们均通过Modbus协议同主站以及上位机进行通讯。

　另外，现场维护人员通过多台编程器维护现场的设备，维护中心是一台Pentium—PC机，运行于值班室，它可以通过MB+网向监控中心发出指令完成开关量控制并定时从监控中心采集数据，同时对这些数据进行实时显示、报警并将报警信息及操作过程等信息存人数据库，维修中心还具有报表打印、数据查询等功能。由于Modbus协议是针对ModiconPLC制定的，其中大多数命令只有Modicon PLC才支持，因此在该系统中我们根据需要增加了一些新命令，制定了相应的命令报文和应答报文。该系统已成功应用于三炼钢炉外精炼的控制系统中，并在短时间内炼出品种钢，得到很大效益。

4 结束语

　通过MB+控制网络在济钢三炼钢炉外精炼中的综合应用，提高了炼钢的自动化水平。MODICON公司研发的这套网络以及美国QAS PLC控制系统的成功应用，验证了Modbus Plus网的优越性能。