Modbus RTU通訊協(xié)議在流漿箱控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 引言

　　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)之一，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)化的重要技術(shù)。許多自動(dòng)化公司都開發(fā)了多種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，例如Profibus，LonWorks，Modbus等，Profibus，LonWorks總線功能強(qiáng)，可靠性高，但同時(shí)價(jià)格也比較昂貴，比較適用于大中型控制系統(tǒng)。而基于RS485接口的Modbus通訊協(xié)議較適用于小型控制系統(tǒng)或單機(jī)控制系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)低成本，高性能的主從式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控提供了可能。

　　Modbus協(xié)議是MODICON公司開發(fā)的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議，它符合OSI標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議集中數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定的高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議，但做了簡(jiǎn)化處理。由于其功能比較完善而且使用簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)易于處理，協(xié)議開放，因而在各種智能設(shè)備中被廣泛采用。

2 應(yīng)用背景

　　在紙張抄造的過程中，成紙的均勻度取決于纖維在流漿箱中的分散程度和流漿箱唇板開口的均勻度。在車速超過250米／分的紙機(jī)上，必須配備氣墊式流漿箱，其主要控制參數(shù)是總壓、漿位和漿速/網(wǎng)速比?？刂瓶倝旱哪康氖菫榱耸箯牧鳚{箱流送到網(wǎng)上的紙漿流量和流速均勻穩(wěn)定，控制漿位的目的是為了獲得適當(dāng)?shù)募垵{流域，以減少橫流和濃度的變化。產(chǎn)生和保持可控的喘流以限制纖維的絮聚。由于流漿箱控制系統(tǒng)為強(qiáng)耦合系統(tǒng)，在總壓調(diào)節(jié)時(shí)會(huì)影響漿位，而在漿位調(diào)節(jié)時(shí)又會(huì)影響總壓，若處理不當(dāng)會(huì)引起振蕩，或持續(xù)性的波動(dòng)，會(huì)嚴(yán)重影響抄紙質(zhì)量，故需要解耦控制。

　　流漿箱控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中控制器選用ABB AC31 50系列PLC，由于解耦控制算法在上位機(jī)中實(shí)現(xiàn)，而且對(duì)流漿箱控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)的快速性有一定要求，這樣就需要高性能，低成本的通訊總線來完成上位機(jī)與PLC的快速數(shù)據(jù)交換。

　　ABB AC31 50系列PLC具有兩個(gè)串行通訊端口COM1和COM2。COM1具有Modbus、ASCII和Programming三種模式，通常診斷和下載程序用COM1；COM2具有CS31和Modbus兩種模式，現(xiàn)場(chǎng)上位機(jī)與PLC通訊時(shí)使用COM2的Modbus模式，其最高通訊速度可達(dá)187.5K，實(shí)際使用時(shí)采用了57.6K的通訊速度。

3 Modbus通訊協(xié)議介紹

　　作為現(xiàn)代自控系統(tǒng)中常用的協(xié)議之一，Modbus采用主從應(yīng)答方式，即只有一個(gè)設(shè)備作為主機(jī)能主動(dòng)發(fā)送詢問信息，其它設(shè)備都是作為從機(jī)響應(yīng)主機(jī)的命令或?qū)⑺璧男畔⒎祷刂林鳈C(jī)。該協(xié)議支持在串行總線上有一個(gè)主機(jī)和247個(gè)從機(jī),每個(gè)從機(jī)具有唯一的地址。讀取或?qū)懭胄畔⒊髲臋C(jī)地址外，還需要數(shù)據(jù)寄存器的地址。Modbus協(xié)議可使用兩種模式進(jìn)行通訊:ASCII和RTU，這兩種模式在報(bào)文結(jié)構(gòu)、功能命令上是相同的，僅幀信息的表示方法不同而已。它們的區(qū)別是：采用RTU模式通訊時(shí)，信息是以8位二進(jìn)制方式傳輸?shù)?，而采用ASCII時(shí)，信息是以字符為基本單位傳輸?shù)?，每個(gè)字符都用ASCII碼表示。ASCII的優(yōu)點(diǎn)是通用性好，讀取容易。但在相同傳輸速率下，RTU 模式比ASCII模式傳輸效率提高一倍。本文將介紹RTU模式通訊的實(shí)現(xiàn)方法。

　　Modbus幀格式由地址、功能碼、數(shù)據(jù)段、校驗(yàn)碼組成，數(shù)據(jù)段內(nèi)容根據(jù)主－從或從－主關(guān)系可包括寄存器起始地址、寄存器數(shù)、數(shù)據(jù)位，格式如下：

　　每一幀數(shù)據(jù)以至少3.5個(gè)字符的間隔時(shí)間（T1-T2-T3-T4）標(biāo)志開始和結(jié)束，整個(gè)信息幀必須以連續(xù)的信息流進(jìn)行傳輸，從而保證CRC校驗(yàn)的正確。其中：
　　地址為8位，從機(jī)的有效地址范圍是0-247，其中0是廣播地址。
　　功能碼為8位，有效編碼為1-255。
　　數(shù)據(jù)段可由多組數(shù)據(jù)組成，主要包括從機(jī)要完成功能碼功能所需的附加信息。
　　CRC為此幀數(shù)據(jù)的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼，用于保證整幀數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。