离散仪表数据基于MODBUS的无线采集方案

离散仪表数据基于MODBUS的无线采集方案

历艳龙 张育明 张忠强  柴志英

邢台钢铁有限责任公司 河北邢钢科技有限公司        河北省线材工程技术创新中心

摘  要  随着工业智能化的发展，加之日益严格的环保要求和能源控制，都需要仪表数据的采集集中化。对于一些现有钢厂离散的分布仪表数据采集成为一种需求。由于信号是离散的，甚至点位很多，厂房基建布局导致布线成本高，数据保密不方便接入外网等等多方面因素给集中采集造成很大困难。本文基于各种因素综合考虑，结合现场仪表情况，采取基于MODBUS的无线采集方案。涉及无线MODBUS应用，,MODBUS_RT转MODBUS_TCP方法，MODBUS_DLT/645协议转MODBUS_TCP方法，各种MODBUS仪表转换为TCP协议并入以太网，并连接西门子PLC实现与一级工业网数据并网，优点：可采集离散分布数据，如煤气报警器，温度、压力、电能表等数据采集；成本相比传统方案硬件成本低，施工方便。

关键词  MODBUS TCP  DLT/645  无线采集

一、背景

炼钢厂近几年，应成本、环保、安全等多方面需求，需要很多原有仪表的数据需要集中采集，还要连接到一级PLC系统制作监盘画面，经过多次的整改，积累了大量的无线数据采集方法，经过整理与总结，形成一套基于MODBUS通讯的离散仪表数据无线采集方案。大体思路，通过无线通讯模块应用实现对现场仪表的采集，通过modbus_ETH模块转化为以太网与一级并网，通过服务器转化数据写入PLC。

二、多场景数据采集介绍

场景1，现场存在标准MODBUS仪表。

如，我们现场的煤气报警器主机存在标准的MODBUS仪表接口，支持MODBUS_TCP协议或MODBUS_RTU协议。并且主机数量较少，且距离一级工业以太网较近。我们就可以采用直连方案，把MODBUS_TCP主机直接接入工业以太网，而MODBUS_RTU通过MODBUS-ETH模块接入工业以太网。在网络内建立服务器，服务器可以用C#自行编程完成数据传输，也可以使用第三方软件，如KepWare，力控组态软件等。进行数据采集，c#编程使用标准准MOSBUS_TCP协议，很多第三方软件也存在标准MOSBUS_TCP协议驱动。

图1，标准MODBUS仪表采集

场景2，现场没有标准MODBUS仪表，只有模拟量信号，数量较大，分布离散。

如，我们现场的煤气水封上只有4-20mA模拟量信号。并且水封数量有20多个，分布较为离散。这样我们使用无线模块，选择带有MODBUS功能的无线模块，每一个需采集的站点我们安装一个模拟量无线模块，工作模式选择任意桥接模式（即可通过无线以MODBUS协议进行访问。），而且在附近建立一个基站，安装一个主站使用网桥模式（即无线可以转发任意接收的modbus协议通讯报文），在安装一个MODBUS-ETH模块并入工业以太网，如1中的方式采集到服务器。

图2，离散模拟量信号采集

场景3，DLT/645电能表。

单独把电能表列为一类是因为电能表需符合国家标准协议DLT/645协议。该协议基于MODBUS同样的物理接口即RS433/485/232接口，所发报文与MODBUS_RTU报文相似。但是又完全不同。这样给采集带来很大困难。但是因为该协议完全公开，完全可以使用C#软件或其他第三方支持自由驱动的软件进行采集。我们现场的电能表分布也是比较离散。所以我们在每个表的附近安装了一个无线模块工作在网桥模式（即无线可以转发任意接收的modbus协议通讯报文）。基站作为访问端安装一个无线模块工作在网桥模式，在安装一个MODBUS-ETH使用透传功能转换为以太网。和其他场景一样使用服务器采集。但不同的是服务器如果用C#进行编程，就要用TCP打包DLT/645协议进行传输。如果使用第三方软件就要使用支持自定义驱动的第三方软件，推荐KepWare软件的U-CON(user configurable)驱动。

图3，电能表及非标MODBUS通讯仪表信号采集

场景4，其它非标MODBUS仪表。

还有一些非标的MODBUS仪表，有一些厂家基于MODBUS协议，自定义修改了通讯协议，和厂家沟通后，使用场景3的方法同样可以，只不过是把DLT/645协议更换为该非标协议就可以了。

三、离散数据采集最终组网

如第二章所述，多场景的数据得到采集，并且都已以太网的形式并入一级工业网，只需要在机房或现场建立一台服务器就可以了。该服务器可以通过MODBUS_TCP协议采集标准MODBUS协议仪表，也可以使用自定义协议采集其它非标准MODBUS协议仪表。

采集后就涉及到数据传递的问题。与其他服务器或一级PLC的数据传递方法是多种多样的。我们的方案一般会推荐。如果连接数据库，根据使用的编程语言选择即可。如果和PLC通讯用sharp7动态库连接。KepWare软件使用公开的S7驱动即可。与WINCC通信选用OPC通讯连接。

图4，各种仪表离散数据无线采集方案总图

四、总结

总体来说我们对现场离散分布的仪表数据是最总转换为物理层为以太网的接口，接入工业以太网，在服务器上根据不同的仪表协议分别采集。如果成片存在的离散数据，我们采用无线模块，该模块不但可以采集数字、电流模拟量、电压模拟量，还可以实现MODBUS的无线通信。最后使用MODBUS-ETH模块转换为以太网并入一级。这种方案可适用于绝大多数工厂对离散数据的采集需求。

参考文献

433M modubus无线模块使用说明     2016.9        安富来科技有限公司

433M无线电台模块使用手册        2018.1       成都泽耀科技有限公司

MODBUS-ETH转换模块使用手册        2023.1      艾莫迅自动化科技有限公司