基于MODBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的大型設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的研究

　　現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是對(duì)自動(dòng)化領(lǐng)域的一場(chǎng)變革。由于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，已成為當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)之-.目前，新建的連鑄機(jī)已經(jīng)開(kāi)始使用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù).

　　現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò).它主要解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問(wèn)題。主要應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)可以在微機(jī)集控設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通訊。

　　為了更大程度地提高礦井安全、迎合未來(lái)無(wú)人化工作面發(fā)展趨勢(shì)，煤礦井下綜采工作面大型設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。目前綜采工作面的大型設(shè)備如采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等大都采用智能型組合電器進(jìn)行集中控制，但缺乏遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控功能。本文以HT6L1-400Z/1140智能型組合電器為研究對(duì)象，根據(jù)煤礦現(xiàn)有安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，采用Modbus總線(xiàn)技術(shù)編制了通訊軟件，實(shí)現(xiàn)了組合電器與安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的無(wú)縫鏈接，達(dá)到了對(duì)大型設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控的目的。

　　1 Modbus協(xié)議簡(jiǎn)介

　　Modbus通訊協(xié)議由Modican公司開(kāi)發(fā)，是當(dāng)今主流現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議之一。通過(guò)它，集控設(shè)備相互之間、集控設(shè)備經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其它設(shè)備之間可以通訊；通過(guò)它，不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控等。

　　1.1Modbus協(xié)議主要特點(diǎn)

　　Modbus協(xié)議有以下特點(diǎn)：

　　1）物理接口符合EIA-485規(guī)范；能組成主從訪(fǎng)問(wèn)的單主控制網(wǎng)絡(luò)；通過(guò)簡(jiǎn)單的通訊報(bào)文完成對(duì)從節(jié)點(diǎn)的讀寫(xiě)操作；

　　2）當(dāng)主節(jié)點(diǎn)輪詢(xún)即逐一訪(fǎng)問(wèn)從節(jié)點(diǎn)時(shí)，要求從節(jié)點(diǎn)返回一個(gè)應(yīng)答信息；主節(jié)點(diǎn)也可以對(duì)網(wǎng)段上所有從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行廣播通訊。

　　1.2 Modbus協(xié)議消息幀格式

　　Modbus通訊協(xié)議有兩種消息幀格式：

　　1）ASCII和RTU幀格式。ASCII消息以冒號(hào)字符開(kāi)始，以回車(chē)換行符結(jié)束，其它域使用的傳輸字符為十六進(jìn)制；

　　2）RTU消息則以傳遞一段空閑時(shí)間為開(kāi)始和結(jié)束，這段時(shí)間不小于3.5倍的字符發(fā)送時(shí)間T,一般取4T.

　　Modbus通訊協(xié)議定義了在這些網(wǎng)絡(luò)上連續(xù)傳輸?shù)膱?bào)文幀格式，確定了將數(shù)據(jù)打包成報(bào)文幀以及解碼的方法。采用RTU格式的Modbus通訊協(xié)議報(bào)文幀格式如表l所示。

　　表1.Modbus通訊協(xié)議的RTU報(bào)文幀格式

　　1.3RTU幀中各功能塊作用

　　RTU幀中各功能塊作用如下：

　　1）地址域：地址域?yàn)楸徊樵?xún)的從節(jié)點(diǎn)地址，它所表示的從節(jié)點(diǎn)有效地址范圍為0~247,其中0表示廣播地址。

　　2）功能域：功能域的代碼范圍是1~255.有些代碼適用于所有控制器，有些代碼用于特定控制器，還有些保留以備用戶(hù)功能擴(kuò)展使用。當(dāng)消息從主設(shè)備發(fā)往從設(shè)備時(shí)，功能代碼域?qū)⒏嬷畯脑O(shè)備需要執(zhí)行哪些行為。例如功能編碼03H為讀寄存器（內(nèi)部字變量），用于讀取從節(jié)點(diǎn)的寄存器值。

　　3）數(shù)據(jù)域：數(shù)據(jù)域包括本幀數(shù)據(jù)域的字節(jié)數(shù)量、數(shù)據(jù)字節(jié)l~n,這些數(shù)據(jù)可以是I/O值、狀態(tài)數(shù)據(jù)或其它測(cè)量控制信息。

　　4）CRC校驗(yàn)域：在Modbus通訊協(xié)議中的RTU幀校驗(yàn)通常采用CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)。整個(gè)信息幀以連續(xù)的數(shù)據(jù)位流進(jìn)行傳輸，CRC校驗(yàn)從地址域開(kāi)始對(duì)報(bào)文幀的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。

　　從站識(shí)別主站按地址發(fā)來(lái)的消息，決定要執(zhí)行何種操作。主設(shè)備可單獨(dú)和從設(shè)備通訊，從設(shè)備返回一消息作為回應(yīng)；主設(shè)備也能以廣播方式和所有從設(shè)備通訊，此時(shí)從設(shè)備不作任何回應(yīng)。從節(jié)點(diǎn)的正常應(yīng)答是發(fā)送相同的報(bào)文幀，以便讓主節(jié)點(diǎn)確認(rèn)。如果有錯(cuò)誤，功能代碼將被修改以指出回應(yīng)消息是錯(cuò)誤的，同時(shí)數(shù)據(jù)段包含了描述此錯(cuò)誤信息的代碼。錯(cuò)誤校驗(yàn)域允許主設(shè)備確認(rèn)消息內(nèi)容是否可用。在配置每個(gè)控制器的時(shí)候，一個(gè)Modbus網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)。