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

　　現(xiàn)場總線技術(shù)是對自動化領(lǐng)域的一場變革。由于現(xiàn)場總線簡單、可靠、經(jīng)濟(jì)實用，已成為當(dāng)今自動化領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)之-.目前，新建的連鑄機(jī)已經(jīng)開始使用現(xiàn)場總線技術(shù).

　　現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(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)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。主要應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場可以在微機(jī)集控設(shè)備之間實現(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、迎合未來無人化工作面發(fā)展趨勢，煤礦井下綜采工作面大型設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控功能的實現(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)測監(jiān)控功能。本文以HT6L1-400Z/1140智能型組合電器為研究對象，根據(jù)煤礦現(xiàn)有安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，采用Modbus總線技術(shù)編制了通訊軟件，實現(xiàn)了組合電器與安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的無縫鏈接，達(dá)到了對大型設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控的目的。

　　1 Modbus協(xié)議簡介

　　Modbus通訊協(xié)議由Modican公司開發(fā)，是當(dāng)今主流現(xiàn)場總線協(xié)議之一。通過它，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；通過它，不同廠商生產(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；能組成主從訪問的單主控制網(wǎng)絡(luò)；通過簡單的通訊報文完成對從節(jié)點(diǎn)的讀寫操作；

　　2）當(dāng)主節(jié)點(diǎn)輪詢即逐一訪問從節(jié)點(diǎn)時，要求從節(jié)點(diǎn)返回一個應(yīng)答信息；主節(jié)點(diǎn)也可以對網(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消息以冒號字符開始，以回車換行符結(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間為開始和結(jié)束，這段時間不小于3.5倍的字符發(fā)送時間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)膱笪膸袷剑_定了將數(shù)據(jù)打包成報文幀以及解碼的方法。采用RTU格式的Modbus通訊協(xié)議報文幀格式如表l所示。

　　表1.Modbus通訊協(xié)議的RTU報文幀格式

　　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：地址域為被查詢的從節(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功能擴(kuò)展使用。當(dāng)消息從主設(shè)備發(fā)往從設(shè)備時，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)或其它測量控制信息。

　　4）CRC校驗域：在Modbus通訊協(xié)議中的RTU幀校驗通常采用CRC循環(huán)冗余校驗。整個信息幀以連續(xù)的數(shù)據(jù)位流進(jìn)行傳輸，CRC校驗從地址域開始對報文幀的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗。

　　從站識別主站按地址發(fā)來的消息，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)送相同的報文幀，以便讓主節(jié)點(diǎn)確認(rèn)。如果有錯誤，功能代碼將被修改以指出回應(yīng)消息是錯誤的，同時數(shù)據(jù)段包含了描述此錯誤信息的代碼。錯誤校驗域允許主設(shè)備確認(rèn)消息內(nèi)容是否可用。在配置每個控制器的時候，一個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)。