数据构建是DCS系统中的关键。一个典型DCS系统从结构上可分成四层[1]：现场级、掌控级、监控级和管理级。本文辩论的是监控级,在这一级有很多三大的子站,一般使用计算机作为为机模块,各站点可按功能区分,分别收集适当的现场信号和掌控某些局部设备。
但是,各站点之间不是孤立无援的,它们必需互相配合、协商才能确保产品质量和构建倒数生产,这就必须各站点能互通讯息。另外,上级管理网也必须与监控级子车站交互数据,以构建全局的监控和优化。
然而,子站是使用有所不同研发平台、有所不同通讯协议构成的异构系统,有可能由有所不同的厂家和个为研发。要为每种协议写出一个切换模块或驱动是较为繁复的,特别是在站点和协议较多的时候。因此,怎样有效地构建数据,防止信息孤岛的经常出现,是DCS系统中常遇到难题题目之一。
较为好的方法是各站点都使用标准协议展开数据通讯,而不用为每一种协议研发一个通讯模块。目前这方面的协议较为多,Modbus就是其中的一种。1Modbus协议概述 Modbus协议还包括ASCII、RTU、PLUS、TCP等,并没规定物理层。
此协议定义了控制器需要熟知和用于的消息结构,而不管它们是经过何种网络展开通讯的。标准的Modicon控制器用于RS232C构建串行的Modbus。RS232C规定了连接器针脚、接线、信号电平、波特率、奇偶校验等信息,Modbus的ASC水、RTU协议则在此基础上规定了消息、数据的结构、命令和就答的方式,如图1右图。
数据通讯使用Maser/Slave方式,Master末端收到数据催促消息,Slave末端接管到准确消息后就可以发送数据到Master末端以号召催促;Master末端也可以必要发消息改动Slave真个数据,构建双向读取。 图2是一个典型的Modbus应用于示例。
Modbus可以应用于在反对Modbus协议的PIC和PLC之间、PLC和个人计算机之间、计算机和计算出来之间、远程PLC和计算机之间以及远程计算机之间（通过Modem相连）,可见Modbus的应用于是非常普遍的。由于Modbus是一个事实上的产业标准,很多厂家的PLC、HMI、组态软件都反对Modbus,而且Modbus是一个对外开放标准,其协议内容可以免费取得,一些小型厂商甚至个人都可根据协议标准研发出有反对Modbus的产品或软件,从而使其产品联进到Modbus的数据网络中。因此,Modbus具有普遍的应用于基础。
在实际应用于中,可以用于RS232、RS485/422、Modem特电话线、甚至TCP/IP来联网。所以,所以,Modbus的传输介质种类较多,可以根据传输间隔来自由选择。
2Modbus的明确应用于 这里先容的Modbus的明确应用于是某厂的水泥生料生产质量控制系统。此系统中一共有5个子车站：钙铁分析仪、四元素分析仪、料位位/料浆里斯、配料秤、配库。每一个子站由一台计算机和涉及硬、硬件构成,控制系统构成如图3右图。 从图3可显现出,系统基本上是两个掌控电路：一路由钙铁分析仪、配料秤及控制算法构成,构建篦前精配,即出磨生料质量的在线动态闭环控制;另一路由四元素分析仪、料浆里斯、料位仪构成,构建摩后调配,即入窑前料浆质量的均化掌控。
配库算法在第二条电路中起掌控、优化和网络接口的起到。系统控制参数的转变由两个事件启动时：钙铁仪分析的结果和四元素分析的结果。这两个分析结果由对用户定期采得的实际生产中的样品的分析获得。
从图3还可显现出,各站之间是互相联系的,它们的协作关系到生料生产的质量。 在网络设计中,不仅要构建各站之间数据交换,同时还要考虑到网络的灵活性、通用性、可扩展性。例如,数据源站点不应能较为只能地变动数据、目标站点有可能有多个、数据流向应当是双向的、所有生料系统的数据须要送往厂级DCS中,因此网络的构建比较复杂。 由于Modbus协议具备多样性、可靠性等特点,而且是产业级标准协议,几乎可以合适明确应用于,因此用Modbus构建网络。
要在每个站点都用源程序构建Modbus是不构建的,由于应用于程序开发平台不一样,有VisualC++等,不有可能构建代码适配。但是,每个站点读取Modbus数据的操控又是完全相同的,为解决问题这个题目,我们使用COM技术。COM也是软件模块之间数据通讯的标准。
COM的特点是语言牵涉到性、对时程的透明性和可以构建二进制器重。由于它的模块是对外开放的,所以反对COM技术的客户程序可以通过其公共模块调用COM组件的内部功能。
众所周知,在Windows2000中,COM+甚至是包含操控系统的基础。 最后,使用ATL研发出有了两个COM组件,即ModbusMaster组件和ModbusSlave组件。
ATL是一个基于C++仿真技术的框架,它主要用在甚至COM的软件开发上,用于它可以大大简化组件的研发过程并变革代码的效率[5]。Master和Slave组件都包括ASCII、RTU、TCP三种方式,构建了Class0、Class1规定的功能[3]。每个子站的客户程序不必须理解Modbus的明确协议和构建方式,只需调用组件行径出来的方法,就可以与远程计算机互相交换数据,构建Modbus协议半透明、网络数据传输半透明。
例如Slave真个组件,客户端只需改动其相连数据就可以使变化反应到Master末端,而Master末端改动了数据后,Slave端会启动时事件通报客户。网络结构没用于点对点的相连,而是使用了星型相连,在一个站点上创建一个动态数据库,相等于一个数据中心。所有站点都只与数据中心连接,各站数据也发送到数据中心集中于。网络结构闻图4。
3辩论3.1关于明确应用于 图4右图的网络结构中,一方面,系统PCB了Modbus协议和网络的构建,构建了功能适配,增加了反复操控,并且使网络调试较为便利;另一方面,星型结构使减少数据、减少站点都很便利,应以每个站点都可以获得给定站点的数据,而不必须减少新的相连。在图4右图的网络结构下,可以便利地把配库和配料秤连接,构建半库调配（根据料浆质量反馈控制配料秤配方）,将掌控电路减少到3条。部分动态数据还可以存进历史数据库,以便长年留存和事后分析查找。 3.2Modbus协议的其它特点 除了在概述中提及的应用于普遍的特点外,Modbus还有其它特点。
Modbus协议必须对数据展开校验,串行协议中除有奇偶校验外,ASCII模式使用LRC校验,RTU模式使用16位CRC校验,但TCP模式没额外规定校验,由于TCP协议是一个面向相连的可信协议。另外,Modbus使用主从方式定点发送数据,在实际用于中假如某Slave站点插入后（如故障或关机）,Master末端可以临床出来,而当故障修缮后,网络又可自动接上。因此,Modbus协议的可靠性较好。
Modbus定义了很多功能,对产业上的实际应用于考虑到较为全面。而且协议仍在发展中,用户还可自定义功能码。可见,Modbus的扩展性是较为好的。 对于一些反复发送到的检测数据,可以使用Unsolicited方式,即Master末端不须要发送到催促,而由Slave末端主动发送数据。
这样可以减少网络数据流量,以变革传输速度。因此,Modbus协议应用于也较为灵活性。 3.3与NetDDE协议的对比 NetDDE协议有几个缺点：一是技术过于杨家,Win98平台上没32位的API,只有16位的,因此在32位平台上构建一起较艰难,而且NetDDE无法构建串行相连;二是传输数据量小,传输批量数据比较烦;三是相连插入后无法自动完全恢复。
因此,没用于NetDDE来构建我们的网络。 3.4产业数据构建的新方向 OPC是一种对外开放的应用程序之间数据通讯的产业规范和标准,它使用客户/服务器体系,基于OLE/COM技术,为硬件厂商和应用软件开发者获取了一套标准的模块[6]。OPC结构先进设备、速度快、功能强大,是今后产业数据构建发展的方向。
但是,OPC较为新奇,对开发者的拒绝较高,研发可玩性较小,而且OPC产品价格较为便宜,国内DCS应用于中仍未普及,其推展和发展还必须一个过程。 总之,Modbus具备开放性、用户范围广、不易构建、扩展性好、可靠性强劲等优点。
所以们使用Modbus协议和COM技术来构建监控数据的构建,在与自研发的应用程序相连和与FOXBORO、ROSEMOUNT、CIMPLICITY等DCS系统及HMI的相连中都获得了较为好的效果。
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