MODBUS通讯协议在火电厂自动化改造中的应用

【摘 要】随着火电厂建设步伐的加快，对其中的发电机组综合性能也提出更高的要求。然而以往火电厂机组改造过程中，多面临技术缺失局面，使机组很难达到改造要求。通过实践研究发现，将MODBUS通讯协议引入，对自动化改造目标的实现可起到重要作用。本文将对MODBUS通讯协议相关概述、MODBUS通讯协议下的数据寄存与通讯过程以及火电厂自动化改造中的MODBUS通讯协议应用进行探析。

【关键词】火电厂 MODBUS通讯协议 应用

近年来，火电厂在建设过程中逐将较多先进的控制系统与仪表引入，如智能仪表、数据采集器以及PLC控制系统等。尽管这些先进系统引入下，对提升火电厂发电机组综合性能可起到突出作用，但由于系统与仪表过多，要求借助DCS完成一系列控制与监视操作，而这些操作的实现关键在于DCS与所有系统间保持通讯，此时便可考虑以MODBUS通讯协议为依托，对通讯目标的实现将发挥重要作用。因此，本文对火电厂自动化改造中MODBUS通讯协议的应用研究，具有十分重要的意义。

1 MODBUS通讯协议的相关概述

关于MODBUS通讯协议，其可应用的方式集中表现在RTU与ASC II两种方式上。其中前者强调所选用的二进制数据为8位字节，并通过CRC检验方式的应用，对二进制数据进行校验，具有较快的通讯速度。而ASC II方式下，其利用的为ASC II码，为7位字节，且在冗余校验中采用的方式为LRC，通讯速率上相比RTU要低处许多。所以在通讯方式选择中，可考虑引入RTU通讯方式。另外，MODBUS通讯协议应用下，通讯的双方分别为的主机与从机，通讯指令字符串将由主机向从机进行发送，而从机会判断其中是否有与地址不相同的指令，通过筛选后给出相应的回答。对于MODBUS通讯协议中的指令字符串，一般也可具体细化到功能码、数据起始地址、数据量等方面。保证这些内容合理的情况下，便可引入CRC冗余校验方式，若字符串校验结果达到相应标准，可判断字符串正确，而在结果不一致的情况下，将禁止数据被投入使用[1]。

2 MODBUS通讯下的数据寄存与通讯过程

2.1数据寄存

数据寄存是MODBUS通讯协议应用下需考虑的主要问题，通常需依托于寄存器地址，使通讯双方数据保持对应。从其中寄存器地址类型看，集中表现为：第一，内部数字量线圈。该地址一般可通过1XXXX进行表示，对于逻辑运算结果，都可通过寄存器的利用实现，无需考虑到设备I/O通道问题。第二，外部输入线圈。该部分寄存器地址通常可用2XXXX表示，其中寄存器的运用与具体I/O通道保持对应，数字量状态可直接通过读取寄存器状态实现。第三，外部输入模拟量。对于该寄存地址，可用3XXXX进行表示，其中的I/O通道也与寄存器保持对应，模拟量数值可通过寄存器数值被掌握。第四，内部模拟量。其可用4XXXX对寄存地址进行描述，寄存器在作用上表现为中间寄存器，数值运算结果都可被存放于寄存器中。

2.2通讯过程

MODBUS通讯协议实现中，所采用的主要以主从式通讯为主，其中的主机为一台，而从机数量有多个。当从机对主机指令字符串接收后，会给予相应的应答，此时便意味整个通讯过程实现。例如，通讯时主机发出的指令中，要求由01从机将内部线圈状态返回，以0001-0008作为返回地址。此时若线圈状态正常，其将返回对应的字符串，且在功能码、从机地址等各方面都与主机命令字符串一样。这样整个通讯过程便得以实现[2]。

3火电厂自动化改造中的MODBUS通讯协议应用

火电厂自动化改造是当前火电厂建设需考虑的主要问题。本文在研究中主要以WT300数据采集器作为实例，其本身具有免维护、通讯距离远、通讯速率快且价格较低等优势，在火电厂中应用极为广泛。为使该采集器应用中，可与DCS系统保持通讯，使整个控制系统更为完整，便需将MODBUS通讯协议引入其中。具体应用中，首先需做好CA总线分析。CAN总线通讯协议本身在数据采集器中有所体现，可保持10km的通讯距离与1Mbps的通讯速率，并将双绞线作为通讯介质。此时采集器装设中，可考虑与工业现场设备相近位置，使信号采集更为便利，在此基础上通过一根双绞线的应用使网络连接通畅，可满足信号电缆节约的目标。

其次，需在WT300上做好设计。可考虑将一定数量的输入通道设置于采集器中，由其负责完成数字量信号、电流、电压、热电阻与热电偶采集过程，并在CAN总线应用下，使采集后的数据向MOD-CAN接口处传送。需注意的是，在CAN网络中，数据采集器在分布数量上有一定的限制，应做好控制工作。

最后，MOD-CAN接口部分。由于设计过程中需考虑到通讯接口问题，如CAN接口方面，其主要负责来自数据采集器中的数据，这就要求引入MODBUS通讯协议使DCS系统能够对CAN缓存的数据读取。而对于MOD-BUS接口，也负责向DCS系统中传送数据，其中主机部分为DCS，从机为MOD-CAN接口。通过MODBUS通讯协议的引入，最终设计的机组在整体性能上都将得到提高，有利于改造目标的实现[3]。

4 结语

MODBUS通讯协议的引入为火电厂自动化改造提供坚实的技术支撑。实际应用该通讯协议中，应正确认识其基本内涵与实现的原理，明确MODBUS通讯协议应用下的通讯过程、数据寄存等问题，在此基础上结合火电厂发电机组实际情况，利用MODBUS通讯协议，使所有采集器、控制系统能够重新构成一个新的系统，以此提升系统综合性能，且节约系统控制成本，对提高火电厂综合效益将发挥重要作用。

参考文献：

[1]翁献进. RS232、RS422/RS485串行通讯标准及其在火力发电厂热工自动化系统中的应用实践[J].科技信息，2010，10：241-242.

[2]王藤.基于S7-200 PLC的闸门卷扬启闭机智能测控系统设计与研究[D].昆明理工大学，2013.

[3]翟伟翔，苏适.火电厂分散控制系统数据通讯接口[J].自动化仪表，2011，10：21-24+28.

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