MODBUS的應(yīng)用分析

　　幸運的是，無線傳送的MODBUS對于控制系統(tǒng)或是主站、從站來說是透明的。例如上面提到的現(xiàn)有工廠里面的老式系統(tǒng)等，這類主機系統(tǒng)甚至都不知道存在著一個無線MODBUS網(wǎng)絡(luò)，因為它們

　　根本不需要面對這個無線MODBUS網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)一個MODBUS主站向從站提出一個要求時，這個訊息包被傳送到無線電發(fā)射臺。通常無線電發(fā)射臺會在發(fā)射之前對訊息包進行重新排隊和加密。一旦這個RF(無線電射頻)訊息包被從電臺接收到，從電臺會對它們進行解密并且把它們排序，使其重新代表一個有效的MODBUS訊息包。如果這個訊息包沒有被損壞或者發(fā)生混亂，它就會被發(fā)送到所要求的從站。這個從站將會對主站的要求作出相應(yīng)的反應(yīng)，剛才的過程就會再次重復(fù)一遍。

　　有些時候你必須特別注意一個被叫做“timeout”的MODBUS通訊參數(shù)，這一點很重要。Timeout表示：在嘗試重新發(fā)送訊息之前，MODBUS主站將會等待一個從站作出反應(yīng)的時間的長短。根據(jù)無線電臺通訊情況好壞的不同，訊息包的發(fā)送可能會被延誤，這有可能造成一些不必要的重試和重新發(fā)送。采用今天的FHSS(跳頻擴頻)無線電臺，這些參數(shù)當(dāng)中的大多數(shù)都可以進行修改以便高效率的傳送MODBUS訊息包。而對電臺的選址進行恰當(dāng)?shù)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/分析">分析研究通?？梢员苊庠S多通訊受阻的現(xiàn)象，其中需要進行的研究包括信號強度分析以及頻帶噪聲分析等。

　　以太網(wǎng)上的MODBUS

　　MODBUS/TCP常常被理解為以太網(wǎng)上的MODBUS。其實總的來說MODBUS/TCP不過是采用TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)簡單的把MODBUS訊息包打包壓縮而已。這使得MODBUS/TCP設(shè)備馬上就可以方便的通過現(xiàn)有以太網(wǎng)和光纖網(wǎng)絡(luò)進行連接和通訊。與RS485接口相比，MODBUS/TCP還允許使用多得多的地址、可以采用多主站架構(gòu)、傳送速率可以達到GB水平。雖然MODBUS RTU有每個網(wǎng)絡(luò)不能超過247個節(jié)點的限制，但是MODBUS/TCP網(wǎng)絡(luò)的從站數(shù)量僅受限于網(wǎng)絡(luò)物理層的能力。通常從站的數(shù)量一般在1024個左右。以太網(wǎng)在過程控制和自動化工業(yè)領(lǐng)域的迅速普及已經(jīng)使得MODBUS/TCP成為應(yīng)用最廣泛、增長速度最快的被以太網(wǎng)支持的工業(yè)協(xié)議。

　　雖然各家大小PLC供應(yīng)商都有自己的以太網(wǎng)協(xié)議，但是他們幾乎全部都支持MODBUS/TCP。即便是對那些目前不支持MODBUS/TCP的PLC供應(yīng)商來說，他們也可以找到很多家類似于Prosoft Technologies和SST的公司可以為他們的PLC產(chǎn)品提供底板安裝型的MODBUS/TCP通訊卡以及獨立安裝的網(wǎng)關(guān)等配件。

　　MODBUS/TCP的另一個優(yōu)點是它的多主站能力。不像MODBUS RTU和MODBUS ASC II，MODBUS/TCP允許多個主站同時從同一個從站獲取數(shù)據(jù)。為什么MODBUS/TCP會具備這樣的能力呢?這是因為通過使用TCP/IP的以太網(wǎng)，無需令牌傳遞或是取得總線的完全控制權(quán)就可以發(fā)送、緩沖和遞交多個訊息。這對于許多RS485和RS422協(xié)議是很常見的情況。

　　通過MODBUS把控制放到現(xiàn)場去

　　到目前為止，我們僅僅涉及到了簡單的MODBUS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。還有一種方案也是可能的，那就是把控制設(shè)備安裝在現(xiàn)場，然后通過MODBUS使其與中央控制系統(tǒng)進行通訊。前邊提到過的網(wǎng)絡(luò)集中器NCS同時也擁有功能強大的CPU(中央處理器單元)和實時控制內(nèi)核，它也可以被編程用來執(zhí)行控制功能，例如PID控制、ON/OFF控制、現(xiàn)場報警、復(fù)雜算術(shù)運算、診斷以及報警監(jiān)視等。

　　因為它具有類似PLC的邏輯、PID類型的控制功能以及先進的計算能力，一臺NCS通常能夠滿足對一臺PLC、工業(yè)計算機或者一套小型DCS的功能要求，其價格卻只是后者的幾分之一。雖然MODBUS協(xié)議并不具備諸如基金會現(xiàn)場總線和CIP(通用工業(yè)協(xié)議)等其它協(xié)議的能力，但是它確實滿足了許多應(yīng)用的需要。在這些應(yīng)用里面，用戶喜歡在現(xiàn)場進行控制，同時可以通過以太網(wǎng)對現(xiàn)場進行監(jiān)視和上位控制。而MODBUS協(xié)議就是滿足這種需要的最具效費比和最便捷的解決方案。

　　另一種“智能化”并且具有控制能力的MODBUS設(shè)備是來自于Moore Industries公司的MDS方程站。這是一種多功能控制器，它能夠執(zhí)行很多種類型的控制功能和運算。有了MDS方程站，在實現(xiàn)簡單控制任務(wù)、多變量控制任務(wù)(例如監(jiān)視和控制一個蒸煮器里的紙漿液位或者使用來自多個流量、溫度和壓力變送器的輸入信號實現(xiàn)質(zhì)量流量計算)時就不再需要PLC或者大型控制器了。最多可以有127個MDS模件被安裝在一個MODBUS網(wǎng)絡(luò)上面來實現(xiàn)對工廠的控制或是采集整個工廠的信號。

　　PID(比例、積分和微分)控制器最初都是單機獨立運行的無通訊控制器。由于PLC和DCS都已經(jīng)智能化，因此現(xiàn)在PID控制器也智能化了。今天，許多終端用戶依然青睞那些直接讀出和編程簡單的單回路控制器。諸如MODBUS等數(shù)字化通訊協(xié)議能夠給這些一直單機運行的儀表注入一些新的活力。通過對這些控制器進行多分支網(wǎng)絡(luò)連接，你可以創(chuàng)造一個你自己的小型分散控制系統(tǒng)，參見圖6。

　　MODBUS：通用的接口

　　圖6：具有MODBUS功能的設(shè)備(例如1/4 DIN 545雙回路PID控制器)能夠把控制功能布置到現(xiàn)場。將這些MODBUS設(shè)備連接成多分支網(wǎng)絡(luò)，并且把它們的輸出發(fā)送到一個基于WINDOWS的SCADA系統(tǒng)，這樣就創(chuàng)建了一個小型的分散控制系統(tǒng)。

　　當(dāng)現(xiàn)代的控制領(lǐng)域持續(xù)不斷的產(chǎn)生和應(yīng)用諸如現(xiàn)場總線和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)等先進概念的時候，MODBUS的簡單性以及它的便于在許多通訊媒介上實施應(yīng)用的特點一直使它受到最廣泛的支持，并且成為全球應(yīng)用最廣泛的工業(yè)協(xié)議。當(dāng)使用現(xiàn)有老式控制系統(tǒng)的用戶發(fā)現(xiàn)自己需要擴充現(xiàn)場儀表或者增加遠程控制器的時候，他們都會采用MODBUS作為一個能夠解決復(fù)雜問題的簡單解決方案。當(dāng)用戶試圖把一個外來設(shè)備連接到控制系統(tǒng)里面的時候，使用這個設(shè)備的MODBUS接口總被證明是最為容易的辦法。雖然MODBUS已經(jīng)是最為古老的通訊方法之一，由于非常多的原因它也是最普及的通訊方法。MODBUS便于使用、非?？煽?、價格低廉并且可以連接到控制工業(yè)領(lǐng)域幾乎所有的傳感器和控制設(shè)備。