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

　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2.1綜采工作面的集中控制

　　目前，我國(guó)大部分綜采工作面的大型設(shè)備都采用智能型組合電器進(jìn)行集中控制，其中HT6L1-400Z/1140智能型組合開(kāi)關(guān)是應(yīng)用較為廣泛的一種，它可以對(duì)綜采工作面的采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等進(jìn)行集中控制和保護(hù)。盡管該組合開(kāi)關(guān)中的S7-200 PLC具有RS485接口，但它并不具備通訊功能，更不能與現(xiàn)有安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控主干網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。以Modbus總線(xiàn)技術(shù)為監(jiān)測(cè)監(jiān)控主干網(wǎng)的安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦井下所占比例比較高，為了兼容Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，組合電器中的PLC（監(jiān)控分站）在對(duì)工作面電氣設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控的同時(shí)必須支持遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制，即該監(jiān)控分站對(duì)各個(gè)電機(jī)回路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制和保護(hù)的同時(shí)，還能響應(yīng)主站的輪詢(xún)，將各負(fù)載的電壓、電流、運(yùn)行狀態(tài)及故障信息上傳；此外該監(jiān)控分站還支持主站的控制命令，如強(qiáng)制多線(xiàn)圈命令（功能碼為十六進(jìn)制數(shù)0F）、寫(xiě)多個(gè)寄存器命令（功能碼為十六進(jìn)制數(shù)10）等。

　　2.2 硬件設(shè)計(jì)

　　HT6L1-400Z/1140智能型組合電器的測(cè)控系統(tǒng)由信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)采集、信號(hào)處理、控制方式轉(zhuǎn)換、漢字顯示和PLC組成，可以獨(dú)立完成對(duì)六路負(fù)荷的控制與保護(hù)。該測(cè)控系統(tǒng)能完成漏電閉鎖、過(guò)載、短路、斷相、欠壓和過(guò)壓等保護(hù)功能，其先導(dǎo)回路為本質(zhì)安全型電路。它有單回路獨(dú)立控制、多回路程序控制、單機(jī)雙速控制和雙機(jī)雙速控制四種運(yùn)行方式，具有智能化程度高、性能穩(wěn)定、動(dòng)作可靠等優(yōu)點(diǎn)。

　　為了提高監(jiān)控軟件的通用性，使操作人員可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況手動(dòng)設(shè)置該監(jiān)控分站的通訊參數(shù)，避免因網(wǎng)絡(luò)參數(shù)變化而不得不修改軟件，設(shè)計(jì)了通訊參數(shù)（波特率、校驗(yàn)方式、從站地址等）的撥碼盤(pán)輸入電路。通訊參數(shù)的輸入需要五片撥碼盤(pán)來(lái)完成，其中前三片用來(lái)設(shè)置站地址1~247;第四片設(shè)置波特率（0~7分別代表1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200（bps）等八種波特率）；最后一片用來(lái)設(shè)置奇偶校驗(yàn)方式（0~2分別代表無(wú)校驗(yàn)、奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)）。此外，為了禁止異地同時(shí)對(duì)綜采工作面大型設(shè)備操作，避免意外事故的發(fā)生，在該智能型組合開(kāi)關(guān)的測(cè)控系統(tǒng)中增加一轉(zhuǎn)換接點(diǎn)，用它提供的兩種互斥狀態(tài)分別作為現(xiàn)場(chǎng)控制與遠(yuǎn)程控制的使能標(biāo)志，這樣就避免了現(xiàn)場(chǎng)控制和遠(yuǎn)程控制同時(shí)有效的可能。

　　HT6L1-400Z/1140智能型組合電器的中央處理單元為西門(mén)子S7-200 PLC（CPU 226）[3],只要編制相應(yīng)的通訊軟件，就能很好的支持Modbus協(xié)議，進(jìn)而與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊。在這種情況下，CPU 226僅有端口Port0支持Modbus遠(yuǎn)程通訊協(xié)議[4],而端口Port1用于與測(cè)控系統(tǒng)中液晶顯示器TP7的通訊。

　　2.3 軟件設(shè)計(jì)

　　通訊軟件是在STEP7-Micro/WIN編程軟件環(huán)境下設(shè)計(jì)的，其指令庫(kù)包含專(zhuān)為Modbus通訊設(shè)計(jì)的子程序和中斷服務(wù)程序[4],使得測(cè)控系統(tǒng)通訊軟件的編制簡(jiǎn)單易行[5].

　　2.3.1 軟件編制

　　HT6L1-400Z/1140智能型組合開(kāi)關(guān)測(cè)控系統(tǒng)本身無(wú)論是硬件還是軟件都已經(jīng)很成熟，并且其本身智能化程度比較高，也有支持上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控的硬件基礎(chǔ)，所以如何把監(jiān)控程序很好地融合于測(cè)控系統(tǒng)的軟件中是本分站軟件編制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

　　監(jiān)控分站的軟件流程圖如圖1所示。初始化包括原系統(tǒng)軟硬件初始化和Modbus通訊初始化，通訊初始化在程序中只需要執(zhí)行一次。初始化完成后，操作者可以通過(guò)液晶顯示器TP7的整定值顯示畫(huà)面查看通訊參數(shù)及電流整定值的正確與否。該Modbus通訊程序?qū)崟r(shí)檢測(cè)并響應(yīng)主站請(qǐng)求，一方面向主站上傳各被控電機(jī)的工況參數(shù)，包括運(yùn)行方式、分合閘狀態(tài)、電流、電壓、故障狀態(tài)及故障參數(shù)等；另一方面該監(jiān)控分站還支持主站的控制命令，如強(qiáng)制單線(xiàn)圈或多線(xiàn)圈、寫(xiě)單寄存器或多寄存器命令等。該監(jiān)控分站支持的主站命令如表2所示。

　　表2. 該分站支持的主站命令

　　2.3.2 軟件組態(tài)

　　用STEP7-Micro/WIN編制完程序后，還需要對(duì)通訊程序塊進(jìn)行組態(tài)，包括符號(hào)表組態(tài)、通訊數(shù)據(jù)區(qū)配置和指令參數(shù)的配置等，否則它就不是一個(gè)統(tǒng)一的整體。

　　符號(hào)表組態(tài)是對(duì)通訊程序的符號(hào)表分配780個(gè)字節(jié)的V區(qū)地址空間，它不能與通訊數(shù)據(jù)區(qū)有任何重疊。

　　通訊數(shù)據(jù)區(qū)配置就是對(duì)需要上傳的電壓、電流、系統(tǒng)狀態(tài)及故障信息等參數(shù)存儲(chǔ)空間的配置。該分站需要分配20個(gè)字空間來(lái)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)這些參數(shù)，包括六路整定電流、系統(tǒng)狀態(tài)、系統(tǒng)電壓、六路運(yùn)行狀態(tài)及六路工作電流，具體的存儲(chǔ)格式如表3所示?？紤]到將來(lái)系統(tǒng)的擴(kuò)容，該通訊數(shù)據(jù)區(qū)留有一定的裕度，這里實(shí)際分配了32個(gè)字空間。