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

　　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）的撥碼盤輸入電路。通訊參數(shù)的輸入需要五片撥碼盤來(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)制單線圈或多線圈、寫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。

　　表3. 通訊數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式

　　指令參數(shù)的配置就是對(duì)通訊指令中的一些關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)置，包括Modbus從站地址、通訊波特率、奇偶校驗(yàn)選擇、附加字符間延時(shí)、最大I/Q、最大AI、最大數(shù)據(jù)區(qū)等的設(shè)置。其中從站地址、通訊波特率和奇偶校驗(yàn)方式用戶可通過(guò)撥碼盤以固定參數(shù)的形式輸入，其它參數(shù)必須在程序中配置好。這些參數(shù)都必須和實(shí)際的監(jiān)控網(wǎng)參數(shù)及實(shí)際要求相統(tǒng)一，這樣該監(jiān)控分站才能正常運(yùn)行。

　　3 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

　　為了檢驗(yàn)該監(jiān)控分站的通訊程序能否正?？煽康倪\(yùn)行，程序編制好之后，可以利用支持Modbus RTU串口調(diào)試的軟件工具（如Modscan 32、Commix）進(jìn)行通訊測(cè)試，這樣在實(shí)驗(yàn)室就能確定程序能否可靠運(yùn)行。

　　通過(guò)串口調(diào)試軟件Commix的現(xiàn)場(chǎng)通訊測(cè)試，可以確定該分站監(jiān)控軟件是可靠的，它能正確響應(yīng)表2中的常用主站命令。例如當(dāng)系統(tǒng)初始化完成時(shí)，該監(jiān)控分站的各回路電流整定值及系統(tǒng)電壓值的TP7的顯示畫面如圖2所示，此時(shí)利用Commix軟件所監(jiān)測(cè)的電流整定值和系統(tǒng)電壓值（十六進(jìn)制顯示）與TP7畫面的顯示值完全一致，如圖3所示。該圖中的十六進(jìn)制數(shù)0032和0096對(duì)應(yīng)于50A和150A的電流整定值，而047C為系統(tǒng)電壓值大小。

　　以上說(shuō)明該監(jiān)控分站的監(jiān)測(cè)功能是正確可靠的，而通過(guò)Commix串口調(diào)試軟件的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控功能測(cè)試可知，該監(jiān)控分站的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能也是實(shí)時(shí)可靠的。例如利用寫多線圈命令（0FH）起動(dòng)完六臺(tái)電機(jī)后，再停止（0FH）第二、三、四、六臺(tái)電機(jī)，停止這四臺(tái)電機(jī)的監(jiān)控畫面如圖4所示，此時(shí)該監(jiān)控分站的TP7顯示畫面如圖5所示。圖4中的十六進(jìn)制數(shù)0011的低位字節(jié)為11，其二進(jìn)制形式的低六位對(duì)應(yīng)于六臺(tái)電機(jī)的起動(dòng)和停止控制位（1：起動(dòng)或保持運(yùn)行；0：停止）。圖5的顯示內(nèi)容說(shuō)明該監(jiān)控分站的監(jiān)控功能也是實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、可靠的。