MODBUS在過程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　采用一個(gè)支持MODBUS RTU通訊的HART接口模件，就能夠簡(jiǎn)單而且便宜的把所有HART數(shù)據(jù)都采集到控制系統(tǒng)里面（參見圖4）。這種HIM是智能化的設(shè)備，它即可以作為HART主站在前端運(yùn)行，同時(shí)又可以作為MODBUS RTU的從設(shè)備在后端運(yùn)行。HIM可以從變送器的模擬量信號(hào)里面提取出所有HART數(shù)據(jù)，卻不會(huì)影響或者干擾連接到控制系統(tǒng)去的4到20毫安信號(hào)。HIM還可以提供一個(gè)液晶顯示窗口、三路4到20毫安信號(hào)、兩個(gè)繼電器輸出和一個(gè)可選的雙路MODBUS RTU輸出。當(dāng)用戶使用MODBUS選擇項(xiàng)的時(shí)候，HART數(shù)據(jù)被數(shù)字化的映射在HIM的MODBUS存儲(chǔ)器映射里面，然后作為MODBUS RTU主站的PLC或者DCS就可以從這個(gè)存儲(chǔ)器映射得到需要的數(shù)據(jù)了。將多個(gè)HIM采用多分支網(wǎng)絡(luò)方式連接起來并通過RS485接口傳送HART數(shù)據(jù)，這種架構(gòu)從本質(zhì)上來說幾乎就是一個(gè)小規(guī)模的資產(chǎn)管理系統(tǒng)，而費(fèi)用卻只有其幾分之一。

無線MODBUS

　　一個(gè)MODBUS網(wǎng)絡(luò)可以相當(dāng)容易的設(shè)置成通過無線連接進(jìn)行工作（參見圖5）。從本質(zhì)上來說，任何無線連接所作的都只不過是用布置在網(wǎng)絡(luò)各端的發(fā)射器/接收器來替代雙絞線電纜而已。很多無線電臺(tái)的制造商都支持MODBUS協(xié)議。但是由于無線電臺(tái)和調(diào)制解調(diào)器使用了一些加密和時(shí)間延遲方案，所以有一點(diǎn)非常重要：在你假定某些無線設(shè)備支持MODBUS協(xié)議之前，務(wù)必要先咨詢這些無線設(shè)備的供應(yīng)商。

　　圖4：一個(gè)HART接口模件（HIM）從HART信號(hào)里面提取數(shù)字化數(shù)據(jù)并且把它存儲(chǔ)在自身的MODBUS存儲(chǔ)器映射里面，這樣任何MODBUS主設(shè)備就都可以讀取這些數(shù)據(jù)了。原始的4-20mA信號(hào)仍舊象以前一樣被連接到控制系統(tǒng)。

　　
　　圖5：一臺(tái)無線接口（例如來自于Moore Industries公司的無線連接模件）使用RF連接代替了雙絞線。

　　很明顯，無線MODBUS的主要優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)約了鋪設(shè)線路的費(fèi)用。在以前，為了監(jiān)視和控制來自于罐區(qū)、井口以及各種遙遠(yuǎn)地點(diǎn)的信號(hào)，其費(fèi)用是及其昂貴的。

　　幸運(yùn)的是，無線傳送的MODBUS對(duì)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(jī)系統(tǒng)甚至都不知道存在著一個(gè)無線MODBUS網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樗鼈?P>　　根本不需要面對(duì)這個(gè)無線MODBUS網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)一個(gè)MODBUS主站向從站提出一個(gè)要求時(shí)，這個(gè)訊息包被傳送到無線電發(fā)射臺(tái)。通常無線電發(fā)射臺(tái)會(huì)在發(fā)射之前對(duì)訊息包進(jìn)行重新排隊(duì)和加密。一旦這個(gè)RF（無線電射頻）訊息包被從電臺(tái)接收到，從電臺(tái)會(huì)對(duì)它們進(jìn)行解密并且把它們排序，使其重新代表一個(gè)有效的MODBUS訊息包。如果這個(gè)訊息包沒有被損壞或者發(fā)生混亂，它就會(huì)被發(fā)送到所要求的從站。這個(gè)從站將會(huì)對(duì)主站的要求作出相應(yīng)的反應(yīng)，剛才的過程就會(huì)再次重復(fù)一遍。

　　有些時(shí)候你必須特別注意一個(gè)被叫做“timeout”的MODBUS通訊參數(shù)，這一點(diǎn)很重要。Timeout表示：在嘗試重新發(fā)送訊息之前，MODBUS主站將會(huì)等待一個(gè)從站作出反應(yīng)的時(shí)間的長(zhǎng)短。根據(jù)無線電臺(tái)通訊情況好壞的不同，訊息包的發(fā)送可能會(huì)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(kuò)頻）無線電臺(tái)，這些參數(shù)當(dāng)中的大多數(shù)都可以進(jìn)行修改以便高效率的傳送MODBUS訊息包。而對(duì)電臺(tái)的選址進(jìn)行恰當(dāng)?shù)姆治鲅芯客ǔ？梢员苊庠S多通訊受阻的現(xiàn)象，其中需要進(jìn)行的研究包括信號(hào)強(qiáng)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(shí)總的來說MODBUS/TCP不過是采用TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)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(jìn)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(dá)到GB水平。雖然MODBUS RTU有每個(gè)網(wǎng)絡(luò)不能超過247個(gè)節(jié)點(diǎn)的限制，但是MODBUS/TCP網(wǎng)絡(luò)的從站數(shù)量?jī)H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(gè)左右。以太網(wǎng)在過程控制和自動(dòng)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(zhǎng)速度最快的被以太網(wǎng)支持的工業(yè)協(xié)議。