時間：2022-08-03 23:16:48
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇modbus協(xié)議，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
【關(guān)鍵詞】稱重儀；電阻應(yīng)變片；C8051F410單片機；modbus協(xié)議
【Abstract】The design is Weighing Device based on MUDBUS Protocol. We use the microcontroller C8051F410 as the key controller of the entire design system. The hardware circuit design including minimum system of the C8051F410 microcontroller， A/D converter， weighing sensor ， LED display circuit， ±5V power supply circuit ，communication circuit and so on.
【Key words】Weighing Device； Resistance strain gauge； C8051F410； MODBUS； LED
0 引言
壓力是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中的一個重要參數(shù)，在生產(chǎn)過程中經(jīng)常需要對壓力進(jìn)行檢測和監(jiān)控。壓力測量有許多種方法，本文介紹的是一種壓電轉(zhuǎn)換裝置，壓力變化使傳感器發(fā)生形變，從而使阻抗發(fā)生變化，同時輸出一個變化的模擬電壓信號。該信號經(jīng)放大電路放大后輸出至A/D轉(zhuǎn)換器。使之轉(zhuǎn)換成便于處理的數(shù)字信號，該數(shù)字信號傳送給單片機，最終LED顯示壓力大小。
1 系統(tǒng)概述
本設(shè)計是一個基于C8051F410單片機的壓力測量系統(tǒng)。本設(shè)計由稱重傳感器，放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，單片機電路，顯示電路，通訊接口電路，穩(wěn)壓電源電路等設(shè)計內(nèi)容組成。當(dāng)物體放在秤盤上時，壓力變化使傳感器發(fā)生形變，從而使阻抗發(fā)生變化，同時輸出一個變化的模擬電壓信號。該信號經(jīng)放大電路放大后輸出至A/D轉(zhuǎn)換器。使之轉(zhuǎn)換成便于處理的數(shù)字信號，該數(shù)字信號傳送到CPU。數(shù)據(jù)經(jīng)過處理、程序運行后在LED上顯示出來。同時該設(shè)計是一款測量精度高、支持RS485硬件接口和MODBUS工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議的壓力控制模塊。該壓力控制模塊能夠?qū)毫M(jìn)行實時采集，采用支持MODBUS工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議的RS485串行接口與PC機連接。
2 主要電路模塊設(shè)計
2.1 主控電路
C8051F410單片機是整個系統(tǒng)的控制核心。C8051F410基本接口電路是保證系統(tǒng)正常工作的輔助電路，包括C8051F410片上系統(tǒng)工作所需要的JATG接口、電源退耦、基準(zhǔn)濾波、上電復(fù)位等基本電路。
2.2 稱重傳感器的設(shè)計
稱重傳感器實際上是一種將質(zhì)量（壓力）信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置。稱重傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片、電纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時，輸出電壓正比于應(yīng)變片發(fā)生應(yīng)變時產(chǎn)生的電阻變化量。
2.3 信號采集調(diào)理電路
數(shù)據(jù)采集模塊分為3個部分：稱重傳感器、前級放大器和A/D轉(zhuǎn)換器傳感器選用壓力傳感器，為雙孔懸臂梁形式。前級放大器用AD620內(nèi)部采用差動輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡單，且放大器的增益是可以改變的。壓力傳感器的輸出信號輸入至AD620同相和反相輸入端，AD620可對差模信號進(jìn)行放大，放大倍數(shù)由AD620的1腳與8腳并接了的一個可調(diào)電阻RG決定。由于AD620在單極性電源供電時有零點漂移，因此本電路設(shè)計采用雙極性電源供電，同時在電源兩端加上濾波電容，確保供電穩(wěn)定。選用12位逐次比較式ADC，此方案經(jīng)小信號放大、調(diào)理電路，可直接連接單片機，也可以可滿足精度要求，而C8051F410單片機的ADC0子系統(tǒng)集成了一個27通道的模擬多路選擇器和一個200ksps的12位逐次逼近寄存器型ADC。ADC中集成了跟蹤保持電路、可編程窗口檢測器和硬件累加器。經(jīng)過計算滿足精度要求。故本設(shè)計選用C8051F410單片機內(nèi)部A/D。
3 MODBUS協(xié)議
MODBUS通訊系統(tǒng)是一種用于工業(yè)通訊的分布式控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可靠性高，適應(yīng)性強，可以在任何工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)控制各種生成過程和作業(yè)。其數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)協(xié)議控制著網(wǎng)絡(luò)內(nèi)一切設(shè)備所共用的語言結(jié)構(gòu)或報文格式。協(xié)議是系統(tǒng)操作的關(guān)鍵，協(xié)議決定如何建立或中斷主從設(shè)備之間的關(guān)系，如何使發(fā)送和接收裝置協(xié)調(diào)一致，如何井然有序地交換報文，如何檢測錯誤。
MODBUS通訊協(xié)議有兩種消息幀格式：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；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。本設(shè)計在通訊協(xié)議中只用了兩個命令，03號命令和06號命令。他們都屬于公共功能碼。03號命令要求發(fā)送數(shù)據(jù)，06號命令代表要求從機原樣數(shù)據(jù)發(fā)回作為應(yīng)答。
4 調(diào)試處理
數(shù)據(jù)處理是將A/D采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，A/D轉(zhuǎn)換所得的值的精確性與很多因素有關(guān)，包括A/D元件的精度、電路的焊接情況、環(huán)境溫度的變化等。這些因素的影響直接導(dǎo)致了A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)圍繞著某個中心值上下波動。這就需要對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件濾波。
為了能夠使變送器的輸出和被測量對應(yīng)上，要對信號進(jìn)行歸一化處理，也就是標(biāo)定。具體的做法是使用二次差值法對標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行定標(biāo)。要實現(xiàn)高的擬合精度，擬合多項式的次數(shù)要很高，對于單片機來說，由于速度和存儲容量等原因，實現(xiàn)這樣的運算很難。這里采用朗格朗日二次插值的方法對信號數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
5 總結(jié)
本設(shè)計是基于MODBUS通訊協(xié)議的稱重儀設(shè)計。在設(shè)計過程中以壓力采集及檢測為主要目標(biāo)，利用電阻應(yīng)變片阻值隨壓力變化而變化的性質(zhì)，對壓力進(jìn)行采集調(diào)理經(jīng)由單片機的控制傳出，將采集的壓力通過單片機的處理后傳輸給數(shù)碼管顯示，同時也支持RS-485硬件接口通過MODBUS通訊協(xié)議傳給上位機。測量壓力誤差不大于5g。該設(shè)計系統(tǒng)具有操作方便、控制靈活、移植性強等優(yōu)點。
【參考文獻(xiàn)】
[1]康華光，陳大欽，等.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）[M].北京：高等教育出版社，2000.22-48.
引言
工業(yè)控制已從單機控制走向集中監(jiān)控、集散控制，如今已進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)集約制造時代。工業(yè)控制器連網(wǎng)也為網(wǎng)絡(luò)管理提供了方便。Modbus就是工業(yè)控制器的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的一種。Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通信規(guī)約。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng))和其他設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為主流的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一。不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備通過Modbus協(xié)議可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。
Modbus通信協(xié)議
1 通信傳送方式
每一個數(shù)據(jù)字節(jié)包括：每個字節(jié)的位、1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、最小的有效位先發(fā)送、1個奇偶校驗位(無校驗則無)、1個停止位(有校驗時)、2個停止位(無校驗時)。
在RTU模式下每個字節(jié)的格式(11bit)如下：
編碼系統(tǒng)：8位二進(jìn)制
字節(jié)組成：1bit起始位、8bit數(shù)據(jù)位，最低位最先發(fā)送、1bit奇偶校驗位、1bit停止位(或者沒奇偶校驗位，就發(fā)送一個附加的停止位)。
2 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)
地址碼：地址碼為通信傳送的第一字節(jié)。這字節(jié)表明由用戶設(shè)定地址碼的從機將接收由主機發(fā)送來的信息。并且每個從機都有唯一的地址碼，并且響應(yīng)回送均以各自的地址碼開始。主機發(fā)送的地址碼表明將發(fā)送到的從機地址，而從機發(fā)送的地址碼表明回送的從機地址。
功能碼：通信傳送的第二字節(jié)。ModBus通信規(guī)約定義功能號為1～127。根據(jù)實際需要只利用其中的一部分功能碼。作為主機請求發(fā)送，通過功能碼告訴從機執(zhí)行什么動作。作為從機響應(yīng)，從機發(fā)送的功能碼與從主機發(fā)送來的功能碼一樣，并表明從機已響應(yīng)主機進(jìn)行操作。如果從機發(fā)送的功能碼的最高位為1，則表明從機沒有響應(yīng)操作或發(fā)送出錯。
數(shù)據(jù)區(qū)：數(shù)據(jù)區(qū)根據(jù)不同的功能碼而不同。數(shù)據(jù)區(qū)可以是實際數(shù)值、設(shè)置點、主機發(fā)送給從機或從機發(fā)送給主機的地址。
CRC碼：二字節(jié)的錯誤檢測碼。冗余循環(huán)碼檢查(CRC)包含兩字節(jié)，即16位二進(jìn)制。CRC碼由發(fā)送設(shè)備計算，放置于發(fā)送信息的尾部。接收信息的設(shè)備再重新計算接收到信息的CRC碼，比較計算得到的CRC碼是否與接收到的相符，如果兩者不相符，則表明出錯。CRC碼的計算方法是，先預(yù)置16位寄存器全為1。再逐步把每8位數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理。在進(jìn)行CRC碼計算時只用8位數(shù)據(jù)位、起始位及停止位，如有奇偶校驗位的話也包括奇偶校驗位，都不參與CRC碼計算。
在計算CRC碼時，8位數(shù)據(jù)與寄存器的數(shù)據(jù)相異或，得到的結(jié)果向低位移一位，用0填補最高位。再檢查最低位，如果最低位為1，把寄存器的內(nèi)容與預(yù)置數(shù)相異或，如果最低位為0，不進(jìn)行異或運算。
這個過程一直重復(fù)8次。第8次移位后，下一個8位再與現(xiàn)在寄存器的內(nèi)容相異或，這個過程與以上一樣重復(fù)8次。當(dāng)所有的數(shù)據(jù)信息處理完后，最后寄存器的內(nèi)容即為CRC碼值。CRC碼中的數(shù)據(jù)發(fā)送、接收時低字節(jié)在前。在實際應(yīng)用中，為了提高運算速度，采用了查表的方法取代計算方法。
3 Modbus RTU數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)
在RTU模式下，每一個數(shù)據(jù)幀之間的間隔至少是3.5個字符位。一個完整的數(shù)據(jù)幀必須要連續(xù)的傳送，當(dāng)一幀消息中兩字節(jié)間的間距大于1.5字符位時，此數(shù)據(jù)幀錯誤，被接受方放棄。
當(dāng)通信波特率小于等于19 200b/s。對1.5個字符位/3.5個字符位計算時間有嚴(yán)格要求。當(dāng)通信波特率大于19 200b/s。1.5個字符位固定為750μs，3.5個字符位固定為1.75ms。官方的Modbus RTU規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)為3.5個字符長周期，不同的串口設(shè)備由于使用環(huán)境不同可能在發(fā)送中出現(xiàn)5～10字長的間隙。對于Modbus RTU來說比較安全的設(shè)置為50ms。
4 用到的功能代碼
用到的功能代碼如表2所示。
關(guān)鍵詞：Modbus協(xié)議；電流檢測；轉(zhuǎn)速檢測；棉花加工；測控系統(tǒng)
中圖分類號：TP277；TS113 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）11-2913-04
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.11.052
棉花加工的生產(chǎn)過程是指由原料子棉開始到制成產(chǎn)品皮棉、短絨等的全部勞動過程[1]，其工藝主要由子棉預(yù)處理、軋花、皮棉清理、集棉、打包、剝絨六個環(huán)節(jié)組成。在子棉預(yù)處理、軋花、皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)，由于棉花喂給不均勻、子棉回潮率大等原因，存在加工設(shè)備堵棉、皮帶斷裂等故障。隨著中國近年棉花產(chǎn)量不斷提高，傳統(tǒng)的繼電器與單一的PLC的控制模式，檢測信息速度慢且信息量少[2]，致使加工設(shè)備很難同步協(xié)調(diào)工作，繼而造成加工設(shè)備故障率高、故障處理時間長，嚴(yán)重影響了棉花加工的產(chǎn)量與質(zhì)量。
本研究設(shè)計的棉花加工測控系統(tǒng)，根據(jù)Modbus協(xié)議簡單、實施容易等特點，解決棉花加工過程中存在的設(shè)備故障率高、故障處理時間長的問題。通過測控系統(tǒng)的使用，降低了棉花加工過程的設(shè)備故障率，縮短了故障處理時間，提高了棉花加工產(chǎn)量與質(zhì)量。
1 Modbus協(xié)議及其分析
Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言，通過此協(xié)議，控制器及相互之間經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其他設(shè)備之間可以通信[3-5]。Modbus協(xié)議包括ASCII、RTU、TCP等，并沒有規(guī)定物理層。協(xié)議的物理層可以是RS-232、RS-422、RS-485或TCP。與其他總線標(biāo)準(zhǔn)相比，Modbus協(xié)議具有協(xié)議簡單、實施容易、性價比高、可靠性好等優(yōu)點，在工業(yè)自動化領(lǐng)域獲得了越來越廣泛的應(yīng)用[6，7]。
Modbus協(xié)議采用主從方式定時收發(fā)數(shù)據(jù)。在實際使用中，如果某Slave站點斷開后（如故障或關(guān)機），Master端可以加以診斷；而當(dāng)故障修復(fù)后，網(wǎng)絡(luò)又可自動接通。因此，Modbus協(xié)議的可靠性較高[8]。在Modbus協(xié)議中，有多種協(xié)議代碼，本研究主要使用以下4種功能代碼（表1）。
2 測控系統(tǒng)設(shè)計
2.1 測控系統(tǒng)硬件組成
測控系統(tǒng)主要由上位機、觸摸屏與控制器、傳感器等幾部分組成。上位機實現(xiàn)棉花加工數(shù)據(jù)的存儲、統(tǒng)計功能；觸摸屏與控制器實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析判斷、控制、傳輸、顯示功能；傳感器實現(xiàn)數(shù)據(jù)檢測、傳輸功能；LED顯示屏實現(xiàn)車間加工設(shè)備運行狀態(tài)及故障報警功能。棉花加工測控系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。2.2 Modbus傳感器設(shè)計
Modbus傳感器設(shè)計包括電流檢測裝置設(shè)計和轉(zhuǎn)速檢測裝置設(shè)計。電流檢測裝置和轉(zhuǎn)速檢測裝置主控芯片均采用宏晶科技生產(chǎn)的STC15F2K60S2單片機。
STC15F2K60S2系列單片機是STC生產(chǎn)的單時鐘的單片機，是高速、高可靠、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，且速度快8～12倍。內(nèi)部集成高精度R/C時鐘（±0.3%），±1%溫飄（-40～+85 ℃），常溫下溫飄±0.6%（-20～+65 ℃），5 MHz～35 MHz寬范圍可設(shè)置，可徹底省掉外部昂貴的晶振和外部復(fù)位電路[9]。
2.2.1 電流檢測裝置設(shè)計 電流檢測裝置實時檢測加工設(shè)備的電流值，并把測得的電流值通過Modbus RTU協(xié)議發(fā)送給PLC控制器，電流檢測裝置可實現(xiàn)16路電流的檢測。
電流檢測裝置主要由STC15F2K60S2、16路模擬量轉(zhuǎn)換電路、A/D采樣、DC/DC降壓電路、光耦隔離電路、RS-485電路組成。裝置結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。由于電流檢測裝置安裝的配電房存在多種干擾源，為了確保檢測裝置數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，在電流檢測裝置的通訊電路中增加光耦隔離電路，實現(xiàn)RS-485通訊電路的電氣隔離。
2.2.2 轉(zhuǎn)速檢測裝置設(shè)計 轉(zhuǎn)速檢測裝置實時檢測加工設(shè)備關(guān)鍵部位的轉(zhuǎn)速值，并把所測轉(zhuǎn)速值通過Modbus RTU協(xié)議發(fā)送給PLC控制器，以供控制器對加工設(shè)備工況進(jìn)行判斷。
轉(zhuǎn)速檢測裝置主要由STC15F2K60S2、脈沖信號檢測電路、DC/DC降壓電路、數(shù)碼管顯示電路、光耦隔離電路、RS-485電路組成。裝置結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。轉(zhuǎn)速檢測裝置安裝在車間加工設(shè)備上，為了方便加工人員及時掌握所測加工設(shè)備的轉(zhuǎn)速值，設(shè)計轉(zhuǎn)速檢測裝置時增加數(shù)碼管顯示電路，實時顯示轉(zhuǎn)速值。同樣，為了確保通訊的穩(wěn)定性，在轉(zhuǎn)速檢測裝置的通訊電路中，增加光耦電氣隔離電路，增強通訊的可靠性。
2.3 測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析設(shè)計
棉花加工設(shè)備在工作過程中，常會出現(xiàn)堵棉、皮帶或鏈條斷裂、主軸失穩(wěn)等故障，通過研究與分析可知，根據(jù)電流和轉(zhuǎn)速的變化率，可區(qū)分出加工設(shè)備不同的工作狀態(tài)，具體如下。
1）當(dāng)加工設(shè)備正常工作時，其電流和轉(zhuǎn)速變化曲線如圖4所示。從圖4可以看出，轉(zhuǎn)速曲線和電流曲線幾乎為一條直線。因此，在加工設(shè)備正常工作時，電流變化率di/dt≈0，轉(zhuǎn)速變化率a≈0。
2）當(dāng)加工設(shè)備出現(xiàn)堵棉現(xiàn)象時，其電流曲線和轉(zhuǎn)速曲線如圖5所示。從圖5可以看出，轉(zhuǎn)速曲線迅速下降為0，電流曲線迅速上升，達(dá)到一定值時保持不變，當(dāng)加工人員關(guān)斷加工設(shè)備電源后，電流曲線逐漸降低為零。因此，在加工設(shè)備電機出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)后的有限時間內(nèi)，電流變化率di/dt0。
3）當(dāng)加工設(shè)備出現(xiàn)皮帶或鏈條斷裂現(xiàn)象時，其電流曲線和轉(zhuǎn)速曲線如圖6所示。從圖6可以看出，轉(zhuǎn)速曲線迅速下降為0，電流曲線緩慢下降，下降到一定值時保持不變。因此，在加工設(shè)備電機出現(xiàn)皮帶或者鏈條斷裂現(xiàn)象后的有限時間內(nèi)，電流變化率di/dt
4）當(dāng)加工設(shè)備出現(xiàn)主軸失穩(wěn)現(xiàn)象時，其轉(zhuǎn)速和電流曲線如圖7所示。從圖7可以看出，電流曲線和轉(zhuǎn)速曲線呈周期性變化。因此，在加工設(shè)備出現(xiàn)主軸失穩(wěn)現(xiàn)象時，電流變化率|di/dt|>0，轉(zhuǎn)速變化率|a|>0。
通過以上分析可以看出，測控系統(tǒng)控制器通過計算檢測的加工設(shè)備電機的電流變化率和設(shè)備關(guān)鍵部位轉(zhuǎn)速變化率，根據(jù)電流變化率和轉(zhuǎn)速變化率的不同，判斷出加工設(shè)備的工作狀態(tài)，進(jìn)行相應(yīng)的控制和其他處理。
2.4 測控系統(tǒng)控制流程設(shè)計
測控系統(tǒng)通過傳感器實時采集子棉預(yù)處理、軋花、皮棉清理、集棉工藝環(huán)節(jié)加工設(shè)備的電流值與轉(zhuǎn)速值，通過Modbus RTU協(xié)議把數(shù)據(jù)傳輸給PLC控制器；PLC控制器對檢測的電流值與轉(zhuǎn)速值進(jìn)行綜合分析判斷，把檢測數(shù)據(jù)和判斷結(jié)果通過Modbus RTU協(xié)議傳輸給觸摸屏，觸摸屏顯示數(shù)據(jù)，并通過Modbus TCP協(xié)議把數(shù)據(jù)傳輸給上位機；上位機軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和統(tǒng)計，然后把統(tǒng)計結(jié)果提供給管理人員。
在子棉預(yù)處理環(huán)節(jié)，當(dāng)加工設(shè)備出現(xiàn)故障時，PLC控制器控制自動喂花機的電機停止工作，停止喂花；在軋花、皮棉清理、集棉環(huán)節(jié)，當(dāng)加工設(shè)備出現(xiàn)故障時，PLC控制器控制軋花機開合箱電機開箱，停止軋花；在加工設(shè)備出現(xiàn)故障時，PLC控制器控制LED屏顯示器控制器，實現(xiàn)車間LED顯示屏故障報警顯示。測控系統(tǒng)控制流程如圖8所示。
3 上位機軟件設(shè)計
上位機軟件為測控系統(tǒng)統(tǒng)計軟件。軟件采用VC6.0開發(fā)環(huán)境，使用SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫。SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫功能允許用戶透明地查詢和操作遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫實例的數(shù)據(jù)，并使應(yīng)用程序看起來只有一個大型的集中式數(shù)據(jù)庫，用戶可以在任何一個場地執(zhí)行全局應(yīng)用，具有數(shù)據(jù)分布透明性和邏輯整體性等特點。
上位機負(fù)責(zé)統(tǒng)計、存儲車間內(nèi)所有采集的數(shù)據(jù)；統(tǒng)計車間加工設(shè)備故障原因、故障時間、故障率。上位機軟件與車間觸摸屏通過Modbus TCP協(xié)議通訊，把所采集的數(shù)據(jù)存儲在SQL server 2000數(shù)據(jù)庫中，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
進(jìn)入主界面后，可以選擇查看所檢測加工設(shè)備的電流曲線與轉(zhuǎn)速曲線，當(dāng)加工設(shè)備出現(xiàn)故障時，可在故障報警界面查看故障原因、故障處理時間等相關(guān)故障信息。
4 小結(jié)
基于Modbus協(xié)議的棉花加工測控系統(tǒng)，在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第六師新湖總場新旺社區(qū)棉花加工廠安裝使用，將棉花加工設(shè)備的參數(shù)檢測、分析判斷與自動控制相結(jié)合，降低棉花加工設(shè)備故障率10%，縮短故障處理時間30%，提高了生產(chǎn)效率；基于Modbus協(xié)議的棉花加工測控系統(tǒng)，實現(xiàn)了加工過程設(shè)備故障率、故障原因統(tǒng)計，為管理人員生產(chǎn)決策提供數(shù)據(jù)支撐。
隨著棉花加工測控系統(tǒng)的進(jìn)一步完善，以及系統(tǒng)的推廣使用，將為棉花加工過程的信息化、智能化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞 MODBUS模擬測試；MCM模塊配置；泵站集約化
中圖分類號 TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2013）101-0198-02
1概述
Modbus協(xié)議最初由Modicon公司開發(fā)出來，在1979年末該公司成為施耐德自動化部門的一部分，現(xiàn)在Modbus已經(jīng)是工業(yè)領(lǐng)域全球最流行的協(xié)議。此協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS-232、RS-422、RS-485和以太網(wǎng)設(shè)備。在我國，Modbus已經(jīng)成為國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19582-2008。據(jù)不完全統(tǒng)計：截止到2007年，Modbus的節(jié)點安裝數(shù)量已經(jīng)超過了1000萬個。
Intouch軟件是由美國wonderware公司開發(fā)的過程可視化組態(tài)軟件，其功能強大、易用性好，市場占有率高，結(jié)合其他的軟件，如IO Server和D/A Server，可以完成許多工業(yè)項目。
通過水廠泵站案例：一種基于Intouch和Modbus協(xié)議的監(jiān)控系統(tǒng)，上位機采用安裝有Intouch軟件的工控機，下位機采用AB系列LOGIX5000的PLC系統(tǒng)，并通過MVI56-MCM通訊模塊，和現(xiàn)場儀表構(gòu)架了完整的通訊鏈路，系統(tǒng)開發(fā)方便，擴展性和穩(wěn)定性好。
2 Modbus協(xié)議概述
當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)上通信時，Modbus協(xié)議決定了每個控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識別按地址發(fā)來的消息，決定要產(chǎn)生何種行動。如果需要回應(yīng)，控制器將生成應(yīng)答并使用Modbus協(xié)議發(fā)送給詢問方。標(biāo)準(zhǔn)的Modbus口是使用一RS-232C兼容串行接口，它定義了連接口的針腳、電纜、信號位、傳輸波特率、奇偶校驗?？刂破髂苤苯踊蚪?jīng)由Modem組網(wǎng)。
Modbus協(xié)議測試軟件：
Modbus協(xié)議測試軟件有很多，比較典型的有Modscan和Modsim，這兩款軟件聯(lián)合使用，可以使獲得完整的儀表通訊連接情況。其中Modscan軟件用于電腦模仿上位機環(huán)境和儀表進(jìn)行連接，Modsim軟件用于電腦模擬儀表環(huán)境和PLC系統(tǒng)進(jìn)行連接。
2.1 Modscan軟件及設(shè)置
Device Id為儀表設(shè)定的通訊地址，一條線路中，每個儀表地址必須指定（1-256之間）并且唯一；Address為讀取儀表的首地址，一般儀表讀取地址為40001開始，而軟件設(shè)置中，定義為00001開始；Length為連續(xù)讀取的位數(shù)；MODBUS Point Type選擇03 HOLDING REGISTER鎖定寄存器地址，接下來設(shè)置如下圖：
點擊Connection，下拉菜單，選擇Connect，出現(xiàn)如圖對話框。其中Connect Using下拉菜單，選擇電腦用哪個COM口和現(xiàn)場儀表通訊；Baud Rate選擇儀表波特率，通常有2400，4800，9600，19200這幾個選項；Word Length默認(rèn)8位；Parity奇偶校驗，根據(jù)儀表，通常為NONE；Stop Bits停止位，通常為 1；RTS Control為請求允許發(fā)送，相當(dāng)于一種握手協(xié)議，通過COM口測試時通常為ENABLE，高電平觸發(fā)，在和PLC直連中，默認(rèn)DISABLE也可通訊。然后點擊OK按鈕，一切正常情況下，即可實現(xiàn)通訊，會有回碼顯示從00001開始，到指定Length長度下，讀取出儀表地址讀數(shù)。
2.2 Modsim軟件及設(shè)置
Modsim的界面和設(shè)置基本上和Modscan相同，所不同的是Modscan軟件用于電腦模仿上位機環(huán)境和儀表進(jìn)行連接，Modsim軟件用于電腦模擬儀表環(huán)境和PLC系統(tǒng)進(jìn)行連接，具體的設(shè)置就不再一一敘說了。
3 MVI56-MCM模塊的配置
3.1 硬件配置
MVI56-MCM模塊屬于基于AB公司LOGIX5000系列PLC的第三方通訊模塊，主要功能是可以支持LOGIX5000系列PLC讀寫基于標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議下的儀表通訊。通訊模塊MVI56-MCM是Modbus網(wǎng)絡(luò)和AB PLC之間的一個網(wǎng)關(guān)。處理器的數(shù)據(jù)傳送異步于Modbus網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)活動。模塊內(nèi)部具有5000個字的寄存器，用于處理器和Modbus網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換，MVI56-MCM模塊共有3個端口P1、P2、P3：
其中SETUP區(qū)域插口默認(rèn)不用改，PRT2和PRT3分別對應(yīng)P2端口和P3端口，該端口設(shè)置MVI56-MCM模塊以何種端口讀取現(xiàn)場儀表的MODBUS協(xié)議，第一排表示以RS-232端口讀取，第二排表示以RS-422端口讀取，第三排表示以RS485端口讀取，現(xiàn)在通常以RS232端口讀取。
前端P2，P3端口由該模塊專用轉(zhuǎn)接頭，接出一個9針接口的端口，該端口可以配置成232，422，485接口的任意一個。注意這三種接口的接線方式不一樣。
3.2 MCM模塊工作方式
MODBUS從站端口驅(qū)動，從ControlLogix處理器接收設(shè)置信息，用這些信息設(shè)置串口，并且定義從站節(jié)點特征。然后主站設(shè)備向模塊節(jié)點地址發(fā)送讀或?qū)懙拿?，端口?qū)動在接收前進(jìn)行驗證。一旦命令被接收，數(shù)據(jù)立即傳輸?shù)綇哪K的內(nèi)部數(shù)據(jù)庫；如果是讀命令，數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫中讀出并創(chuàng)建相應(yīng)信息；如果是寫命令，數(shù)據(jù)直接寫入到數(shù)據(jù)庫中并創(chuàng)建相應(yīng)信息。當(dāng)處理過程結(jié)束后，模塊相應(yīng)信息到主站。在狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中計數(shù)器使梯形邏輯圖對從站的狀態(tài)進(jìn)行判斷。
3.3軟件配置
MVI56-MCM模塊隨機附帶了一張光盤，上面會有樣例程序，分別對應(yīng)LOGIX5000軟件不同版本，目前從13.0-21.0都有，以樣例程序為藍(lán)本編程將較為簡易，內(nèi)部通訊均有程序，只需在Controller Tags里定義相應(yīng)的參數(shù)，即可在LOGIX5000的PLC中讀寫儀表地址，不同版本的樣例程序，在Controller Tags的定義以及內(nèi)部通訊程序上均有不同，因此樣例程序版本和PLC版本必須嚴(yán)格一致，以確?？梢哉Ｍㄓ崱Ｄ壳氨谜竟芾硭鶎x表為只讀不寫。
1）以17.0版本樣例程序為例，在Monitor Tags模式下，點擊MCM，MCM.CONFIG.ModDef中，分別設(shè)置MCM.CONFIG.ModDef.WriteStartReg（寫儀表的首地址），MCM.CONFIG.ModDef.WriteRegCnt（寫儀表的連續(xù)位數(shù)），MCM.CONFIG.ModDef.ReadStartReg（讀儀表的首地址），MCM.CONFIG.ModDef.ReadRegCnt（讀儀表的連續(xù)位數(shù)），注意地址不能重復(fù)。
2）然后在MCM.CONFIG.Port1和MCM.CONFIG.Port2中分別設(shè)置兩個端口的參數(shù)，PORT1和PORT2分別對應(yīng)于硬件的P2和P3端口。以下為需要設(shè)置的一些參數(shù)：
1）然后是MCM.CONFIG.Port1MasterCmd參數(shù)的設(shè)置，該參數(shù)下有100個數(shù)組，每個數(shù)組可以讀寫一次儀表數(shù)據(jù)段；
2）如果儀表設(shè)置和MCM設(shè)置均正確，且硬件連接均正常，通過MCM.DATA目錄下，相應(yīng)的MCM.DATA.ReadData[X]就會有相應(yīng)的儀表地址的讀取顯示，表明數(shù)據(jù)連接正常。然后數(shù)據(jù)就可以正常在LOGIX5000里編程，并通過INTOUCH對應(yīng)相應(yīng)的OPC SERVER讀取數(shù)據(jù)了。
4 應(yīng)用實例
上海市自來水市南泵站管理所從2000年開始采用PLC系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)采用AB公司的LOGIX5000系列，CPU采用L61系列，工控機的通訊采用ENBT以太網(wǎng)通信模塊，涉及到和現(xiàn)場的儀表通訊，大多數(shù)采用了MODBUS通訊，用了MVI56-MCM通訊模塊，該模塊的優(yōu)點如前文所述有集成化的軟件，只要軟件參數(shù)做修改調(diào)整即可對現(xiàn)場儀表進(jìn)行讀寫，操作很方便，涉及到的儀表通訊，包括變壓器溫度控制儀、高壓系統(tǒng)綜合保護器和LOGIX5000的PLC通訊，均通過這些方法得到了實現(xiàn)。其中綜合保護器讀取了電機繞組及軸承7個溫度、電壓、電流、功率、電量參數(shù)、電機電能參數(shù)等多個信號，通訊規(guī)約為 MODBUS協(xié)議下RTU半雙工方式，RS-485通訊接口頻率采用9.6kbps。
要注意的是，MVI56-MCM光盤自帶軟件，要結(jié)合LOGIX5000版本的不同，采用相應(yīng)版本的樣本程序，這樣能保證和PLC的通訊正常。另外MVI56-MCM模塊的接口為232接口或485接口，如果通訊電纜有室外，最好室外部分通過光纖連接，室內(nèi)通過光模轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的232或485信號，這樣可以去除雷擊對信號線路的影響，甚至?xí)?dǎo)致MVI56-MCM模塊故障。
由于PLC系統(tǒng)的成功引入，基于MODBUS協(xié)議下儀表通訊連接的成熟穩(wěn)定，水廠泵站的控制由離散的人工操作方式，逐步轉(zhuǎn)型為遠(yuǎn)程集約化操作的模式，上海市自來水市南有限公司泵站管理所下屬十幾個泵站目前均實現(xiàn)了遠(yuǎn)程集約化監(jiān)控，絕大多數(shù)泵站實現(xiàn)了無人值守模式的運行，在極大程度提高了設(shè)備監(jiān)控水平的同時，節(jié)約了可觀的人力成本，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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論文關(guān)鍵詞：智能開關(guān)柜,協(xié)議,上位機,控件
引言
我國智能發(fā)電和智能輸電網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)達(dá)國家基本同步，但是智能配電網(wǎng)的建設(shè)則相對滯后。隨著國家低碳經(jīng)濟、節(jié)能減排和新能源戰(zhàn)略的實施，智能配電網(wǎng)的建設(shè)必然受到越來越多的重視?，F(xiàn)代計算機技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，促進(jìn)了智能配電系統(tǒng)的發(fā)展和完善，而開關(guān)柜的智能化就是智能配電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)。
智能開關(guān)柜是在以模擬儀表、繼電器為監(jiān)測、控制設(shè)備的普通開關(guān)柜基礎(chǔ)上，與新型的智能儀表(網(wǎng)絡(luò)電力儀表、智能配電監(jiān)控/保護模塊、網(wǎng)絡(luò)I/0等)進(jìn)行配合，通過其網(wǎng)絡(luò)通訊接口與中央控制室的計算機系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，從而可以實現(xiàn)對各供配電回路的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、電度量等電參數(shù)以及斷路器的分合閘狀態(tài)、故障信息、開關(guān)柜的溫濕度信息進(jìn)行監(jiān)測，對斷路器的分合閘狀態(tài)和開關(guān)柜的溫濕度進(jìn)行控制，并可以配合遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件實現(xiàn)“四遙”。
本課題采用高性能AVR單片機設(shè)計的開關(guān)柜智能操控裝置提供RS485通訊接口，可進(jìn)行串口通信。本文根據(jù)Modbus通訊協(xié)議的定義以及智能開關(guān)柜操控裝置采集信息的種類和特點，完整地設(shè)計了該類智能開關(guān)柜操控裝置與上位機通訊的Modbus-RTU通信協(xié)議，并采用VC++程序設(shè)計語言實現(xiàn)了該通訊協(xié)議。
1智能開關(guān)柜Modbus-RTU通訊協(xié)議設(shè)計
1.1Modbus-RTU通訊協(xié)議簡介
Modbus通訊協(xié)議是由Modicon公司開發(fā)且已是工業(yè)領(lǐng)域全球最流行的通訊協(xié)議。此協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS-232、RS-422、RS-485和以太網(wǎng)設(shè)備。
Modbus協(xié)議規(guī)定了消息、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、命令和應(yīng)答的方式。數(shù)據(jù)通訊采用Maser/Slave方式，Master端發(fā)出數(shù)據(jù)請求消息，Slave端接收到正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到Master端以響應(yīng)請求。Master端也可以直接發(fā)消息修改Slave端的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)雙向讀寫。
Modbus協(xié)議在一根通訊線上使用主從應(yīng)答式連接（半雙工），這意味著在一根單獨的通訊線上信號沿著相反的兩個方向傳輸。首先，主計算機的信號尋址到一臺唯一的終端設(shè)備（開關(guān)柜），然后，終端設(shè)備發(fā)出的應(yīng)答信號以相反的方向傳輸給主機。Modbus協(xié)議只允許在主機和終端設(shè)備之間通訊，而不允許獨立的終端設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，這樣各終端設(shè)備不會在它們初始化時占據(jù)通訊線路，而僅限于響應(yīng)到達(dá)本機的查詢信號。
Modbus通訊規(guī)約包括RTU協(xié)議和ASCII協(xié)議。RTU(RemoteTerminalUnit)通訊方式采用8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)傳輸命令或數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)校驗采用CRC循環(huán)冗余校驗，通訊速度較快；ASCII通訊方式采用7位二進(jìn)制表示的ASCII碼進(jìn)行通訊，數(shù)據(jù)校驗采用奇偶校驗或LRC邏輯冗余校驗，通訊速度較慢。在一個通訊系統(tǒng)中，只能選用一種通訊方式。
在RTU模式下，幀中的每個字節(jié)直接用于傳輸，這樣在同樣的波特率下，可比ASCII模式傳輸更多的數(shù)據(jù)。與絕大多數(shù)電力自動化儀表一致，本儀表采用Modbus-RTU通訊模式。
1.2字節(jié)格式
智能開關(guān)柜操控裝置Modbus-RTU通訊協(xié)議中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)傳輸遵循以下規(guī)則：
編碼形式：二進(jìn)制；
字節(jié)位：每個傳輸序列包含11位串行數(shù)據(jù)，其中1位起始位、8位數(shù)據(jù)位D0~D7、2位停止位；
發(fā)送方式：數(shù)據(jù)位傳輸時，先傳低位，后傳高位，如圖1所示。
圖1字節(jié)傳輸序列（RTU模式）
Fig.1Bytetransmissionsequence(RTUmode)
1.3數(shù)據(jù)幀格式
幀是傳送信息的基本單元，Modbus協(xié)議中主機與從機采用相同的幀格式。
RTU幀以至少4個字節(jié)的停頓時間開始，同樣以至少4個字節(jié)的停頓時間標(biāo)志幀的結(jié)束。整個幀必須作為連續(xù)的流傳送，RTU數(shù)據(jù)幀格式如表1所示。
表1Modbus-RTU協(xié)議的幀格式
Tab.1FrameformatofModbus-RTUprotocol
幀開始 地址碼 功能碼 數(shù)據(jù)區(qū) 校驗碼 幀結(jié)束
4字節(jié)
停頓時間
1字節(jié) 1字節(jié) N字節(jié) 2字節(jié)
關(guān)鍵詞： DeviceNet； ModBus； 嵌入式I/O模塊； LPC2129
中圖分類號： TN711?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）11?0134?05
0 引 言
DeviceNet是一種基于CAN總線技術(shù)的符合全球工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開放型現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)，它用于控制，配置和數(shù)據(jù)采集等方面。CAN總線具有布線簡單、典型的總線型結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定可靠、實時、抗干擾能力強、傳輸距離遠(yuǎn)、布線成本低等特點。由于具備了這些特點，DeviceNet總線被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化控制，它不僅可以接入更多，更復(fù)雜的設(shè)備，還可以為上層提供更多的信息和服務(wù)。在很多歐美國家，越來越多的系統(tǒng)方案設(shè)計采用DeviceNet來實現(xiàn)。
ModBus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言，是全球第一個真正用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議，由于該協(xié)議的產(chǎn)生，使控制器之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其他設(shè)備之間實現(xiàn)相互通信。ModBus協(xié)議現(xiàn)在已經(jīng)成為一種通用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用該協(xié)議技術(shù)可以使不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備連成一個工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控管理。此協(xié)議定義了一個控制器能認(rèn)識使用的消息結(jié)構(gòu)體，從而使用戶不需要關(guān)心它們使用哪種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。它描述了一個控制器請求訪問其他設(shè)備的過程，如何回應(yīng)來自其他設(shè)備的請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。
本文主要解決DeviceNet與ModBus之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換問題。標(biāo)準(zhǔn)的ModBus口是使用RS-232C兼容串行接口，它定義了連接口的針腳、電纜、信號位、傳輸波特率、奇偶校驗?？刂破髂苤苯踊蚪?jīng)由Modem組網(wǎng)?；贒eviceNet的嵌入式I/O模塊通過I/O口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，ModBus通過串口與嵌入式I/O模塊進(jìn)行通信。通過此過程完成DeviceNet與ModBus之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換問題。
1 嵌入式I/O模塊的設(shè)計與實現(xiàn)
DeviceNet是一種上層的應(yīng)用層協(xié)議，其物理層和數(shù)據(jù)鏈路層采用CAN總線技術(shù)，ModBus協(xié)議只是用于數(shù)據(jù)鏈路層上的協(xié)議[1]。這兩種現(xiàn)場總線是異構(gòu)的，因此要實現(xiàn)兩種協(xié)議之間的通信，必須要進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。協(xié)議轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換過程是分層次進(jìn)行的。首先把總線設(shè)備發(fā)送過來的設(shè)備逐層解包，得到需要的數(shù)據(jù)，然后再把數(shù)據(jù)按另一協(xié)議所需的方式打包，發(fā)送到相應(yīng)的設(shè)備上。
DeviceNet與ModBus協(xié)議都采用主從通信模式，所以它們之間的通信只能是單向的，主站發(fā)送命令報文而從站被動接收命令報文。本設(shè)計中的嵌入式I/O模塊既是DeviceNet從站，又是ModBus的主站。通過該模塊可以實現(xiàn)DeviceNet主站的數(shù)據(jù)與ModBus從站的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。
嵌入式I/O模塊的功能是把DeviceNet格式的報文轉(zhuǎn)換為ModBus的報文命令，再傳給底層的ModBus設(shè)備，設(shè)備在接收到ModBus命令之后，會向報文轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送ModBus格式的響應(yīng)報文，最后經(jīng)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊將報文轉(zhuǎn)換為DeviceNet格式的報文傳輸給DeviceNet主站。本嵌入式I/O模塊既是DeviceNet的從站實現(xiàn)接收主站報文并做出響應(yīng)的功能，同時又可以作為ModBus的主站向其他ModBus設(shè)備發(fā)送報文并接收響應(yīng)報文。
本設(shè)計采用的處理器為LPC2129，硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。它是NXP公司的32位工業(yè)級ARM7處理器，其內(nèi)部集成了兩個CAN控制器，在一片處理器內(nèi)首先將主站端的DeviceNet協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成中間協(xié)議數(shù)據(jù)，之后轉(zhuǎn)換成ModBus可以識別的協(xié)議數(shù)據(jù)。
關(guān)鍵詞：Modbus總線;溫度采集;濕度采集;PLC;智能儀表;馬鈴薯貯藏
中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）20-4969-04
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2014.20.054
Collecting Temperature and Humidity of Potato Storage Based on Modbus Bus
HU Bing，XIONG Xing-rong，YUAN Yong，SUN Tian-long，WANG Xiao-juan
（Xinjiang Institute of Engineering，Urumqi 830011，China）
Abstract： To meet the requirements of storage temperature and humidity of potato， a scheme based on Modbus bus in collecting temperature and humidity of potato storage was put forward. Using MCGS configuration as the system of PC monitoring， CPU224 S7-200 PLC as the control core， acquisition module for intelligent instrument with LM410 temperature and humidity， through the Modbus fieldbus protocol and remote collection system communication， the real-time and accurate collection of temperature and humidity of potato storehouse was realized. The results showed that the system was stable and reliable. The data was accurate and satisfied the requirements of practical application. It will provide reference for designing the system of collecting temperature and humidity of potato storage.
Key words： Modbus bus; temperature acquisition; humidity acquisition; PLC; intelligent instrument; potato storage
馬鈴薯是糧菜兼用的高產(chǎn)作物，具有很高的營養(yǎng)價值和藥用價值。對馬鈴薯種植、加工企業(yè)或個人而言，馬鈴薯貯藏技術(shù)相當(dāng)重要。貯藏不當(dāng)，則薯塊會因為蒸發(fā)、呼吸、發(fā)芽及貯藏期病蟲害等造成種薯營養(yǎng)成分的流失，更重要的是降低了馬鈴薯種植后對病蟲害的抵御能力，從而對馬鈴薯產(chǎn)量及質(zhì)量產(chǎn)生極大的負(fù)面影響，而馬鈴薯的貯藏技術(shù)中，溫度和濕度是兩項重要的因素。國內(nèi)外研究結(jié)果表明，馬鈴薯處在溫度為1～4 ℃，環(huán)境相對濕度在80%～90%時病菌不繁殖，塊莖不發(fā)芽且水分保持良好[1]。然而，目前對馬鈴薯貯藏庫溫濕度數(shù)據(jù)的讀取，主要以定時人工記錄的方式進(jìn)行，存在實時性、準(zhǔn)確性較差等問題，為了實時采集溫濕度數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提高溫濕度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，采用實時可靠的數(shù)據(jù)采集方法非常重要。本研究設(shè)計了一種基于Modbus總線的溫濕度采集方法，借助于上位機的組態(tài)軟件，能夠?qū)崟r顯示溫濕度的變化。
1 Modbus通信
Modbus是一種國際的、開放的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。最早是美國Modicon公司為其PLC制定的資料交換通信接口標(biāo)準(zhǔn)，由于Modbus協(xié)議是公開的通信協(xié)議，被很多的PLC、變頻器及RTU生產(chǎn)廠家支持，是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議。根據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)類型的不同分為串行鏈路上的Modbus和基于TCP/IP協(xié)議的Modbus，本研究為串行鏈路上的Modbus應(yīng)用。
1.1 通信原理
串行鏈路上的Modbus是一個主-從協(xié)議，該協(xié)議位于OSI模型的第二層，采用請求-響應(yīng)的方式，通信過程中遵循以下流程：①主站向從站發(fā)送請求;②從站分析并處理主站端請求并發(fā)送結(jié)果;③如果出現(xiàn)差錯，從站返回異常碼。
主站向從站設(shè)備發(fā)送的報文數(shù)據(jù)域中包括附加信息，從站使用這個信息執(zhí)行功能碼定義的操作。如果在一個正確接收的Modbus應(yīng)用數(shù)據(jù)單元中，不出現(xiàn)與請求Modbus功能相關(guān)的差錯，從站發(fā)送給主站的響應(yīng)數(shù)據(jù)中包括請求數(shù)據(jù);如果出現(xiàn)請求Modbus功能有關(guān)的差錯，那么域包括一個異常碼，從站應(yīng)用能夠使用這個域確定下一個執(zhí)行的操作。Modbus事物處理如圖1、圖2所示。
Modbus網(wǎng)絡(luò)上只能有一個主站存在，主站在網(wǎng)絡(luò)上沒有地址，從站的地址范圍為0～247，其中0為廣播地址，從站的實際地址范圍為1～247，在同一時間，只能將一個主站連接到總線，將一個或多個從站連接到相同的串行總線，Modbus通信只能由主站發(fā)起，從站沒有收到來自主站的請求時，不會發(fā)送數(shù)據(jù)，從站之間不能相互通信，Modbus串行鏈路系統(tǒng)在物理層可以使用不同的物理接口，最常用的是兩線制RS485接口[2]。
1.2 傳輸模式
Modbus協(xié)議有2種傳輸模式即：Modbus ASCII模式和Modbus RTU模式，當(dāng)控制器設(shè)定為ASCII傳輸模式時，數(shù)據(jù)傳輸中1 byte（8 bits）拆分為兩個對應(yīng)的ASCII字符，這種傳輸方式的優(yōu)點是字符發(fā)送的時間間隔可到達(dá)1 s，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母邷?zhǔn)確率，一般通信數(shù)據(jù)量少且主要是文本的通信采用這種傳輸方式，當(dāng)控制器設(shè)定為RTU通信模式時，數(shù)據(jù)傳輸中1 byte（8 bits）代表2個十六進(jìn)制字符（4 bits），這種傳輸方式的優(yōu)點是在相同的傳輸速度下，可以傳輸更多的數(shù)據(jù)量，滿足更大的系統(tǒng)組網(wǎng)要求，本系統(tǒng)選用RTU的傳輸模式。
1.3 報文格式
當(dāng)傳輸模式選擇為Modbus RTU模式時，報文格式如表1所示，一幀報文主要由地址域、功能碼域、數(shù)據(jù)域和CRC校驗組成，最大的Modbus/RTU 幀是256個字節(jié)。報文幀中幀間字符間隔和幀內(nèi)字符間隔必須分別遵守大于等于3.5 個字符時間和小于等于1.5 個字符時間的規(guī)定，所以起始和結(jié)束標(biāo)志均大于等于3.5個字符，作為發(fā)送報文的字流符規(guī)定必須是連續(xù)的，如果兩個字符之間的空閑間隔大于1.5個字符時間，認(rèn)為該報文幀不完整，接收站需要將其丟棄;地址域為從站地址，其范圍為1～247;功能碼指示主站要執(zhí)行的動作，緊隨其后的是請求或響應(yīng)參數(shù)的數(shù)據(jù)域;差錯校驗域是對報文內(nèi)容執(zhí)行冗余校驗的計算結(jié)果，根據(jù)不同的傳輸方式使用不同的計算方法，RTU使用循環(huán)冗余校驗（CRC校驗）[3]。
2 應(yīng)用系統(tǒng)組成
系統(tǒng)由link-max LM410溫濕度遠(yuǎn)程采集模塊、西門子S7-200 CPU224PLC、研華工控機和MCGS組態(tài)軟件構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。系統(tǒng)中上位機裝有MCGS組態(tài)軟件，PLC與上位機采用S7-200PPI通信，用PPI電纜將PLC的port1口與上位機連接，實時讀取并顯示S7200采集的溫度、濕度值，PLC與溫度采集模塊采用ModbusRTU通信，采用RS485電纜將PLC的port0口與溫濕度采集模塊的通信網(wǎng)絡(luò)連接，將現(xiàn)場溫濕度數(shù)據(jù)實時傳送到S7-200中。
3 應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)
3.1 LM410 Modbus數(shù)據(jù)通信
LM410是一款工作于-40～85 ℃工業(yè)級溫濕度采集模塊，該模塊可通過隔離的485 通訊接口與Modbus現(xiàn)場總線連接，最多允許32個溫濕度采集模塊掛在同一總線上，但如采用中繼器，則可將多達(dá)256個溫濕度采集模塊連到同一網(wǎng)絡(luò)，且最大通信距離為1 200 m。采集溫度范圍為-40～+85 ℃，精度0.1 ℃;相對濕度范圍0%～100%，精度0.5%。模塊的標(biāo)準(zhǔn)Modbus輸入寄存器說明如表2所示。
3.2 S7-200 Modbus RTU編程
S7-200PLC由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、指令集功能強大等特點，使得其成為各種小型任務(wù)理想的解決方案，S7-200PLC支持PPI通信、MPI通信、自由口通信等多種通信方式，用戶完全可以使用Modbus通訊協(xié)議把S7-200和其他智能設(shè)備連接在一起。本研究以S7-200PLC為Modbus主站，智能儀表LM410為Modbus從站，讀取現(xiàn)場溫濕度數(shù)據(jù)。
3.2.1 Modbus Master 協(xié)議庫支持的功能 根據(jù)Modbus通信協(xié)議，Modbus協(xié)議庫支持?jǐn)?shù)據(jù)的功能碼與地址對應(yīng)的關(guān)系如表3所示[4]。S7-200PLC Modbus通信時，可以通過發(fā)送指令（XMT）、接收指令（RCV）結(jié)合接收中斷、發(fā)送中斷、定時中斷實現(xiàn)ModbusRTU通信，也可以通過S7-200PLC附帶的Modbus指令庫實現(xiàn)ModbusRTU通信，本研究采用后者的通信方式，在使用S7-200的指令庫時，Modbus數(shù)據(jù)地址與S7-200的I、O和數(shù)據(jù)存儲區(qū)地址間有特定的對應(yīng)關(guān)系如表4所示。根據(jù)表4所對應(yīng)關(guān)系，S7-200PLC采集LM410中溫濕度的數(shù)據(jù)時采用的地址溫度為30001，濕度為30002。
3.2.2 S7-200PLC Modbus程序?qū)崿F(xiàn) 在S7-200PLC中，通過調(diào)用的Modbus指令庫實現(xiàn)Modbus與LM410通信，以S7-200為主站，使用STEP7-Micro/WIN V4.0 SP6的Modbus主站指令，讀寫LM410的輸入寄存器。
1）添加ModbusRTU主站指令庫。在初次使用S7-200的ModbusRTU指令庫時，需要添加ModbusRTU主站指令庫，添加成功后，會在STEP7-Micro/WIN V4.0 SP6的指令樹中的“庫”文件下顯示“Modbus Master Port0”和其中的MBUS_CTRL、MBUS_MSG，ModbusRTU指令的變量要求284個字節(jié)的V存儲區(qū)[5，6]，用STEP7-Micro/WIN V4.0 SP6的“文件”“庫存儲區(qū)”指定，默認(rèn)情況下是從VB0開始，但因為與Modbus的保持寄存區(qū)沖突，所以手動改為VB2000。
2）調(diào)用Modbus RTU主站初始化和控制子程序。使用 SM0.0 調(diào)用 MBUS_CTRL 完成主站的初始化，并啟動其功能控制。調(diào)用 Modbus RTU 主站初始化和控制子程序如圖4所示。通信過程中指定Port0端口作為Modbus通信，此時該端口就不能再作PPI通信協(xié)議使用，所以，在MBUS_CTRL指令中的Mode一直置1（為0是PPI通信），通信波特率Baud設(shè)為9600，校驗方式根據(jù)需要設(shè)置奇校驗、偶校驗或無校驗，設(shè)置0表示無校驗，超時時間Timeout設(shè)為1 000 ms，Done為完成位，初始化完成，此位會自動置1，Error為初始化錯誤代碼[7]。
3）調(diào)用ModbusRTU主站讀寫子程序。ModbusRTU主站讀寫子程序為MBUS_MSG，用于啟動到Modbus從站請求、發(fā)送請求、等待響應(yīng)和處理響應(yīng)。調(diào)用ModbusRTU主站讀寫子程序如圖5所示。從圖5中可以看出，F(xiàn)irst為讀寫請求位，每一個新的讀寫請求必須使用脈沖觸發(fā)，Slave為從站地址，根據(jù)實際溫濕度地址設(shè)置（地址不能重復(fù)）;RW為讀寫操作，Addr讀寫從站的數(shù)據(jù)地址，Count通訊的數(shù)據(jù)個數(shù)，應(yīng)用中需要采集溫度、濕度數(shù)據(jù)，所以RW設(shè)置為0，Addr設(shè)置為30001，Count設(shè)置為2;DataPtr為數(shù)據(jù)指針，PLC將讀回的數(shù)據(jù)這個數(shù)據(jù)區(qū)中，所以讀會的溫度放到VW0、濕度放到VW2中，Done和Error同上。
3.3 MCGS組態(tài)監(jiān)控實現(xiàn)
MCGS是一套用于快速構(gòu)造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，能夠在基于Microsoft運行，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制、實時曲線、歷史曲線和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，應(yīng)用系統(tǒng)的上位機采用MCGS做監(jiān)控界面，顯示PLC中采集的溫度、濕度數(shù)據(jù)，并提供實時報表、歷史報表數(shù)據(jù)。在用戶窗口完成溫度、濕度顯示界面和報表界面的制作，設(shè)置相應(yīng)的屬性，在實時數(shù)據(jù)庫完成數(shù)據(jù)對象的定義，并連接相應(yīng)的數(shù)據(jù)對象，部分?jǐn)?shù)據(jù)對象如表5所示。在設(shè)備窗口添加“通用串口父設(shè)備”和“西門子-S7200PPI”，完成通信參數(shù)的設(shè)置，按表5完成數(shù)據(jù)對象與S7-200數(shù)據(jù)的連接，即可運行調(diào)試。
4 小結(jié)
應(yīng)用系統(tǒng)采用S7-200為主站，LM410溫濕度遠(yuǎn)程采集模塊為從站，通過Modbus通信的方式實現(xiàn)了馬鈴薯貯藏庫溫濕度數(shù)據(jù)的采集，經(jīng)過試驗驗證，系統(tǒng)可以正常運行，能夠在上位機的監(jiān)控畫面中實時、準(zhǔn)確地顯示各個設(shè)備的運行狀態(tài)和參數(shù)，達(dá)到了現(xiàn)場無人值守的目的，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的優(yōu)點。
參考文獻(xiàn)：
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摘 要：以歐陸2604儀表為例，與西門子S7-300進(jìn)行通訊研究，詳細(xì)說明通過Modbus-B-Profibus協(xié)議轉(zhuǎn)換橋?qū)崿F(xiàn)具備Modbus通訊協(xié)議的智能儀表與西門子S7-300進(jìn)行通訊的方法。
關(guān)鍵詞：智能儀表;Modbus -Profibus轉(zhuǎn)換;s7-300;通訊
0 引言
隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，智能儀表以其控制精度高、模塊化、易維護等優(yōu)點早已被廣泛應(yīng)用在自動化控制系統(tǒng)中。而因其針對性強、結(jié)構(gòu)簡單、靈活性差等缺點，往往不能獨立完成一整套設(shè)備的控制任務(wù)。這樣，就需要用智能儀表與可編程控制器（以下簡稱PLC）來共同完成一套系統(tǒng)的控制任務(wù)。如果采用西門子CP340做Modbus通訊，系統(tǒng)成本則會大大提升，并且速度上也受到限制。而本身具備Profibus-DP通訊模塊的儀表同樣造價較高，并且每一塊儀表均需要配置Profibus-DP通訊模塊。本文就以歐陸2604儀表為例，詳細(xì)說明以Modbus-B-Profibus協(xié)議轉(zhuǎn)換橋為中介，將歐陸2604儀表掛在S7-300的profibus-DP網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)交互通訊的方法。
1 系統(tǒng)組成
（1）系統(tǒng)硬件組成。本系統(tǒng)所需硬件包括PLC模塊、Profibus通訊模塊、智能儀表和Modbus-B-Profibus轉(zhuǎn)換橋。1）PLC模塊。本系統(tǒng)采用S7-300系列的CPU313C（313-5BG04-0AB0）。該型PLC是一款緊湊型PLC，其特點是集成數(shù)字量和模擬量輸入/輸出，可實現(xiàn)過程的直接連接，而且性價比較高，非常適合系統(tǒng)試驗及研究;2）Profibus模塊。由于CPU313C只有一個MPI接口用于編程及上位機通訊，所以本系統(tǒng)采用CP342-5（342-5DA03-0XE0）做為Profibus主站來組建Profibus網(wǎng)絡(luò);3）智能儀表。本系統(tǒng)智能采用英國歐陸公司的2604型可編程回路調(diào)節(jié)器，內(nèi)嵌Modbus-RTU通訊模塊;4）Modbus-B-Profibus轉(zhuǎn)換橋。將具有Modbus通訊協(xié)議的設(shè)備連接在Profibus總線上，使該設(shè)備成為Profibus總線上的一個從站。
（2）應(yīng)用軟件。1）SIMATIC STEP 7。本系統(tǒng)采用Simatic Step 7 V5.5 SP1，用做在系統(tǒng)硬件的組態(tài)、數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)以及系統(tǒng)邏輯控制程序的編寫;2）iTOOLS。iTools V9.00是由Eurotherm公司推出的工具軟件，可以針對歐陸溫控器、調(diào)功器等產(chǎn)品進(jìn)行在線監(jiān)督編程、模擬運行、克隆配置等操作。本系統(tǒng)試驗中應(yīng)用該軟件查看歐陸2604溫度調(diào)節(jié)儀相關(guān)參數(shù)的Modbus地址，更改設(shè)備地址等操作;3）Modsan32。Modscan32是一款運行在windows下，作為在RTU或ASKII傳輸模式下的MODBUS協(xié)議主設(shè)備的應(yīng)用程序?？梢杂糜嬎銠C通過串口或網(wǎng)絡(luò)對MODBUS從站設(shè)備的數(shù)據(jù)點進(jìn)行讀寫。
（3）網(wǎng)絡(luò)組成。該系統(tǒng)CPU313C與計算機通過CP5611進(jìn)行MPI通訊，該通訊用來上傳、下載程序以及監(jiān)控數(shù)據(jù)或以后用來與上位機組態(tài)通訊。
為了組建Profibus網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)采用CP342-5模塊與Modbus-B-Profibus轉(zhuǎn)換橋組建Profibus通訊。而Modbus-B-Profibus轉(zhuǎn)換橋又與歐陸2604儀表組成Modbus網(wǎng)絡(luò)。
2 測試步驟
2.1 用iTools軟件測試2604儀表的主要參數(shù)地址及數(shù)據(jù)
將2604儀表通過RS485-RS232轉(zhuǎn)換器接入計算機串口，通過iTOOLS軟件得到2604儀表的主要參數(shù)，如圖1所示。
2.2 用MODSCAN軟件測試2604儀表主要參數(shù)的MODBUS地址
將2604儀表通過RS485-RS232轉(zhuǎn)換器接入計算機串口，可通過Modscan軟件得到2604儀表的主要參數(shù)。軟件的通訊參數(shù)即波特率、字長、校驗、停止位等需與參與通訊的儀表保持一致，本系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)如表1所示。
設(shè)置完畢后，從地址0001開始連續(xù)讀取6個保持寄存器的數(shù)據(jù)，可得到數(shù)據(jù)及其Modbus RTU地址，如圖2所示。
結(jié)合圖1可得如表1所示數(shù)據(jù)。
2.3 Step7硬件組態(tài)及編程
在Step7的硬件組態(tài)中，將CP342-5和Modbus-B-Profibus協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊組態(tài)到一個Profibus網(wǎng)絡(luò)中。并對數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送編寫如圖3所示程序。
經(jīng)試驗，最終監(jiān)視到2604儀表中的數(shù)據(jù)可以正常傳送到已有數(shù)據(jù)塊中，當(dāng)我們需要在程序中應(yīng)用到或需要改寫儀表中的某一數(shù)據(jù)時，可以用MOVE指令直接對發(fā)送、接收數(shù)據(jù)塊做讀取與修改。
3 總結(jié)
本文主要以歐陸2604儀表為例，介紹一種將Modbus協(xié)議的儀表與西門子S7-300CPU通訊的方法，用該方法的應(yīng)用可以結(jié)合Modbus通訊和Profibus通訊的優(yōu)點，更可以降低儀表等設(shè)備備件的費用，經(jīng)測試該方法在爐窯系統(tǒng)中應(yīng)用穩(wěn)定。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：Modbus協(xié)議 現(xiàn)場總線 測試平臺 流量監(jiān)控
中圖分類號： TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）01-0000-00
Abstract：With the rapid development of machinery， chemicals， textiles and other industries and the continuous expansion of production scale， people’s centralized monitoring requirements of the production process， now， has become more and more urgent， the fieldbus technology came into being. This paper selected liquid flow measurement as an object， designed the liquid flow test platform based on Modbus protocol and achieved upper and lower computer communications protocol by writing PC Modbus protocol procedures. The 請鍵入文字或網(wǎng)站地址，或者上傳文檔。Cèshì píngtái kěyǐ kuàisù， shíshí dì cǎijí liúliàng xìnxī bìng néng zhǔnquè， shíshí dì chuánshū shùjù， bìng tígōng yǒuhǎo de yònghù jièmiàn源語言： 中文test platform can quickly gather real-time traffic information and accurate， real-time transmission of data. It also provides a friendly user interface and good value for the actual industrial production， as well as a certain reference for the development of similar products.
Key words： Modbus protocol； fieldbus； test platform； flow monitoring
1 引言
在如今現(xiàn)代化測控領(lǐng)域， 被控對象、測控裝置等物理設(shè)備的地域分散性現(xiàn)狀、監(jiān)控與控制等任務(wù)的實時性要求，以及不同設(shè)備之間信息交互頻繁等特點越發(fā)突出，極易造成大量的“信息孤島”現(xiàn)象。而基于現(xiàn)場總線的測控平臺可以讓上級管理網(wǎng)與子站交互數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)全局的監(jiān)控和優(yōu)化。使采用不同開發(fā)平臺、不同通訊協(xié)議組成的異構(gòu)系統(tǒng)可以實現(xiàn)信息交互，避免信息孤島的出現(xiàn)。Modbus協(xié)議作為現(xiàn)場總線的一種，以其開發(fā)成本低，簡單易用等諸多優(yōu)點己被工業(yè)領(lǐng)域廣泛接受。本文基于Modbus協(xié)議的液體流量測試平臺的設(shè)計，可以快速、實時地采集流量信息并能準(zhǔn)確、實時地傳輸數(shù)據(jù)，并提供友好的用戶界面，方便用戶監(jiān)控，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)監(jiān)測，數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理保存，對實際的工業(yè)化生產(chǎn)提供了很好的參考價值，對同類產(chǎn)品的開發(fā)也有一定的借鑒意義。
2 整體設(shè)計方案
系統(tǒng)平臺由單片機測試終端和上位機兩部分組成， 通過RS232通訊電路實現(xiàn)節(jié)點和PC的Modbus通訊以達(dá)到數(shù)據(jù)交互。單片機測試終端作為平臺從機子站部分，采用渦輪流量計的原理進(jìn)行流量的監(jiān)控，通過采集頻率量實現(xiàn)液體流量數(shù)據(jù)獲取和控制功能。以PC機作為上位機主站，主站和子站之間通過串行傳輸網(wǎng)絡(luò)總線進(jìn)行連接和通信，實現(xiàn)控制命令的發(fā)送和采集數(shù)據(jù)的顯示存儲功能，可充當(dāng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
考慮到可靠性、實時性和性價比等要求， 選用STC89C52單片機， 該單片機采用流水線架構(gòu)， 片內(nèi)資源豐富，通過輸入接口采樣頻率，能夠很好地滿足設(shè)計要求。上位機在VS2010集成環(huán)境下采用C#語言編寫程序，將編輯好的Modbus 協(xié)議程序載入51 單片機，并通過RS-232 串口連接單片機終端，既而接收終端數(shù)據(jù)，發(fā)送控制命令，遠(yuǎn)程配置單片機程序中相關(guān)參數(shù)， 建立數(shù)據(jù)庫存儲監(jiān)控終端上傳的流量數(shù)據(jù)并繪出流量變化曲線，在現(xiàn)場流量超過設(shè)定的上下限時，蜂鳴器進(jìn)行報警，警示燈會亮。
3 硬件實現(xiàn)
3.1 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計
單片機通過測量渦輪流量計輸出的頻率信號實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，單片機不能單獨直接使用，需要添加外圍器件以構(gòu)成最小系統(tǒng)。單片機最小系統(tǒng)，或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成單片機可以工作的系統(tǒng)。對51系列單片機來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括： 晶振電路、復(fù)位電路、下載口電路和單片機，進(jìn)而通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)單片機的功能。在此最小系統(tǒng)中，在單片機外圍，選擇11.0592M的晶振，P0口接上拉電阻，有復(fù)位按鈕和上電裝置，電路通過USB轉(zhuǎn)串口232進(jìn)行程序燒寫。如圖1所示。
3.2 通訊電路設(shè)計為實現(xiàn)現(xiàn)場組網(wǎng)和方便上位機完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和各種控制任務(wù)，該設(shè)計提供了兩種通信接口：RS485接口和RS232接口。RS232主要用來實現(xiàn)一對一的通信方式，即流量測控節(jié)點和上位機的通訊，而RS485則可用來完成節(jié)點組網(wǎng)通信。RS232通訊電路是以具體RS232C標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議規(guī)定的通信，它規(guī)定連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過程。采用RS232接口實現(xiàn)串口通信時，由于PC機上的串口是具有RS232C電平的接口，而單片機上的串口是TTL電平的，因此需要采用MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片將PC端和單片機端的電平均轉(zhuǎn)換為RS232電平，以實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)傳輸。
本測試平臺需要實現(xiàn)上位機（即電腦）和下位機（即51單片機）的點對點通信，所以使用RS232接口，完全可以滿足設(shè)計要求，通訊電路如圖2所示。
4 軟件設(shè)計
4.1 Modbus協(xié)議基礎(chǔ)
Modbus是由Modicon在1979年發(fā)明的，是全球第一個真正用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議。此協(xié)議定義了一個控制器能認(rèn)識使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。Modbus通信過程就是一個查詢和回應(yīng)的過程，其中查詢消息中的功能代碼表示被選中的從設(shè)備要執(zhí)行何種功能。如果有錯誤發(fā)生，功能代碼將被修改來指出回應(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，錯誤校驗是主設(shè)備確認(rèn)消息傳輸?shù)恼`。當(dāng)在實際的Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信中，控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識別按地址發(fā)來的消息后，再決定要產(chǎn)生何種行動。平臺控制器通信使用主-從技術(shù)，主設(shè)備（上位機）能初始化查詢，其他從設(shè)備根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)。本測試平臺中上位機地址為00，51單片機地址為01。主從查詢回應(yīng)如圖3所示。
4.2 傳輸方式
控制器可使用 AsciI 或RTU 兩種傳輸模式。RTU 模式與ASCII 模式相比，在同樣的波特率下，比ASCII 方式傳送更多的數(shù)據(jù)。ASCII模式通信時，在消息中每個字節(jié)對應(yīng)的由兩位16進(jìn)制表示的數(shù)都會以ASCII字符值發(fā)送，采用LRC（縱向冗長檢測）進(jìn)行檢測。這種方式的主要優(yōu)點是字符發(fā)送的時間間隔可達(dá)到1秒而不容易產(chǎn)生錯誤。此次的設(shè)計數(shù)據(jù)量不多，因而選擇了ASCII模式。如圖4所示。
4.3 Modbus協(xié)議程序設(shè)計
Modbus協(xié)議程序完成消息幀的解析和信息，實現(xiàn)MODBUS協(xié)議規(guī)定的寄存器的讀、寫，實現(xiàn)在通訊過程中錯誤校驗功能。根據(jù)MODBUS協(xié)議：必須主機發(fā)送查詢請求，從機才會返回數(shù)據(jù)。所以從機通訊是以接收中斷開始，首先判斷接收的是什么功能碼，知道是從寄存器讀出數(shù)據(jù)還是向寄存器寫數(shù)據(jù)，然后再對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理，傳送給相應(yīng)的寄存器進(jìn)行操作。
根據(jù)MODBUS功能碼和功能對應(yīng)表，本MODBUS協(xié)議軟件設(shè)計了的功能碼03和15具有代表性的兩項功能，功能碼0x03，代碼功能讀保持寄存器，功能代碼0x15，代碼功能為寫多個寄存器。設(shè)備響應(yīng)如果成功，把計算機發(fā)送的命令原樣返回，否則不響應(yīng)。當(dāng)有錯誤發(fā)生時，功能代碼將被修改，用以指出回應(yīng)的消息是錯誤的，回功能代碼+80H，同時數(shù)據(jù)段包含了描述此錯誤信息代碼，0x01表明從機能識別主機請求，0x02表示請求幀中的從機地址不存在，0x03表示主機的請求不允許，0x04表示從機不能完成請求。
對于功能代碼0x03，在一個節(jié)點中，使用該功能碼讀取保持寄存器連續(xù)塊的內(nèi)容。請求PDU說明了要讀寄存器的起始地址和寄存器數(shù)量。響應(yīng)報文中的每個寄存器的數(shù)據(jù)有兩字節(jié)，在每個字節(jié)中直接地調(diào)整二進(jìn)制內(nèi)容。對于每個寄存器，第一個字節(jié)包括高位比特，并且第二個字節(jié)包括低位比特。讀寄存器的值時，根據(jù)接收到的命令，從起始地址去讀要讀數(shù)目的寄存器數(shù)目，然后發(fā)回！
比如，主機發(fā)送：0103 0000 0005 F7（十六進(jìn)制為3a 30 31 30 33 30 30 30 30 30 30 30 35 46 37 0d 0a），表示請求讀起始地址為0的5個寄存器的值。01表示從機地址，03表示功能碼，0000表示寄存器起始地址，0005表示要讀取的寄存器數(shù)目，F(xiàn)7是LRC校驗碼。當(dāng)從機接收到此報文并正常響應(yīng)時，會回發(fā)：0103 0A 0000 0000 0000 0000 0000 F2。01，03意義同上，0A表示數(shù)據(jù)區(qū)字節(jié)數(shù)，接下來為數(shù)據(jù)區(qū)，表示寄存器的實際數(shù)據(jù)，這里開始都默認(rèn)為0。F2為LRC校驗碼。
功能代碼0x15原理一樣。Modbus協(xié)議功能實現(xiàn)程序的流程圖如圖5所示：
4.4總體軟件實現(xiàn)
除Modbus協(xié)議程序設(shè)計外，單片機整體軟件的設(shè)計還需要：主機和從機之間要有串口通訊功能，單片機要監(jiān)測外部中斷處的頻率變化，測得準(zhǔn)確頻率值；最后，通過液晶顯示出來，并且編寫上位機程序，實現(xiàn)定時發(fā)送接收，使測得的頻率在圖形界面上實時顯示出來。單片機主函數(shù)程序流程圖如圖6所示。
C#是一種強大的、面向?qū)ο蟮某绦蜷_發(fā)語言，是Microsoft專門用于.NET 平臺的編程語言，它可以快速地編寫各種基于Microsoft .NET平臺的應(yīng)用程序。上位機的程序設(shè)計是在Visual Studio 2010集成開發(fā)環(huán)境中使用C#語言進(jìn)行編寫，實現(xiàn)上下位機的Modbus協(xié)議通信。整個上位機程序，由串口配置，寄存器配置，數(shù)據(jù)庫，自動發(fā)送接收和圖形顯示模塊組成。
凸顯界面如下圖7所示。
液晶顯示單片機接受的頻率值，上位機接受由單片機發(fā)送的頻率數(shù)字值。頻率量程范圍為200-2000HZ，報警上限為1800HZ，報警下限為400HZ，當(dāng)超過1800HZ或者低于400HZ時，報警信號燈都會亮，并發(fā)出報警聲。
5 結(jié)語
Modbus協(xié)議具有開放性、用戶范圍廣、易實現(xiàn)、擴展性好及可靠性強等優(yōu)點。由于此協(xié)議的通用性和使用的普遍性，具有此通信協(xié)議的設(shè)備能夠與其它的自動化測控系統(tǒng)進(jìn)行可靠的連接和組網(wǎng)。本文測試平臺的實現(xiàn)對實際的工業(yè)化生產(chǎn)提供了很好的參考價值，對同類產(chǎn)品的開發(fā)也有一定的借鑒意義。 本文由wWw.DYlw.net提供，第一論 文 網(wǎng)專業(yè)和以及服務(wù)，歡迎光臨dYLW.nET
參考文獻(xiàn)
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一拖(洛陽)福萊格車身有限公司AG一400型數(shù)控等離子／火焰切割機(上海金鳳焊割機械制造有限公司生產(chǎn))，軌距4m，軌長12m，采用上海九天數(shù)控系統(tǒng)，整機配備1個等離子割炬和2個氧氣乙炔火焰割炬，配套等離子電源為海寶PowerMax1650，配套除塵系統(tǒng)為凱天環(huán)保科技股份有限公司生產(chǎn)的KTJZ一6．OKD集中式凈化器，處理風(fēng)量6000m3／h，配套切割平臺為單側(cè)下抽風(fēng)風(fēng)門式工作平臺，規(guī)格為2．5m~8m。該機切割平臺內(nèi)有12個抽煙風(fēng)門，上橫梁帶著等離子割炬移動到某一位置通過除塵感應(yīng)系統(tǒng)控制打開對應(yīng)位置的抽煙風(fēng)門，除塵主機通過切割平臺內(nèi)部抽煙風(fēng)道完成等離子切割煙塵抽除。除塵感應(yīng)系統(tǒng)由感應(yīng)架、感應(yīng)開關(guān)組成?？刂瞥闊燂L(fēng)門打開的感應(yīng)開關(guān)安裝在切割平臺側(cè)面防護罩上。
由于總長度為8m的切割平臺側(cè)面防護罩由4塊2m長小防護罩拼接而成，無法保證防護罩側(cè)面高度一致性，且感應(yīng)開關(guān)安裝在切割平臺側(cè)面防護罩上造成感應(yīng)架懸臂太長，剛性和精度很差，移動過程中經(jīng)常發(fā)生變形，同時感應(yīng)開關(guān)作用距離很小只有5mm，導(dǎo)致感應(yīng)開關(guān)經(jīng)常碰壞，抽煙風(fēng)門無法打開，除塵系統(tǒng)頻繁發(fā)生故障。通過現(xiàn)場觀察研究，發(fā)現(xiàn)等離子行走軌道下面的沉梁加工精度較高，將感應(yīng)開關(guān)安裝到沉梁上，既能保證感應(yīng)開關(guān)伸出長度一致，又能縮短感應(yīng)架長度，保證感應(yīng)架有較高的剛度。
改進(jìn)前后感應(yīng)開關(guān)安裝位置如圖1所示。具體實施如下：
(1)用角鋼制作12個感應(yīng)開關(guān)座，并將感應(yīng)開關(guān)座焊接到等離子沉梁上。
(2)將感應(yīng)開關(guān)移至焊好的感應(yīng)開關(guān)座上，用卡尺測量感應(yīng)開關(guān)到沉梁邊的距離，保證感應(yīng)開關(guān)伸出沉梁的長度一致。
(3)將角鋼焊接感應(yīng)架改為折彎鋼板感應(yīng)架，保證感應(yīng)架有足夠剛性，移動時不變形。
(4)重新架設(shè)感應(yīng)開關(guān)電氣線路。采取上述措施后，經(jīng)車間使用表明，除塵感應(yīng)系統(tǒng)抽煙風(fēng)門打開靈敏、穩(wěn)定、可靠，除塵系統(tǒng)工作正常，故障率大大降低，杜絕了感應(yīng)開關(guān)被碰壞現(xiàn)象，效果良好。用BTD指令轉(zhuǎn)換高低字，再利用COP指令將DINT型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所需的REAL型，最后得到所需的真實值。
3．s7—200PLC從站通信程序設(shè)計S7—200PLC中預(yù)置了Modbus協(xié)議，STEP7-Micro／WIN指令庫包含為Modbus通信預(yù)先配置的子程序和中斷例行程序，使Modbus主、從設(shè)備通信更加便捷。Modbus從站協(xié)議指令可配置s7—200PLC，將其用作ModbusRTU從站，與Modbus主設(shè)備通信，Modbus從站協(xié)議庫僅支持端口0通信。S7—200PLCModbusRTU從站協(xié)議是通過調(diào)用指令庫中MBUS_INIT和MBUS—SLAVE[呦能塊實現(xiàn)的，前者用于啟用和初始化或禁止Modbus通信，后者用于為Modbus主設(shè)備發(fā)出的查詢服務(wù)，并且必須在每次掃描時執(zhí)行，以便允許該指令檢查和響應(yīng)Modbus主設(shè)備查詢。
在S7—200PLC與Rockwel1769一L35EPLC通信之前，需根據(jù)主站的通信參數(shù)進(jìn)行初始化設(shè)置，MBUS—INIT功能塊通信格式設(shè)置為Mode=l，Modbus協(xié)議；Baud(波特率)=9600；Addr(從站地址)=5；Parity=0，無校驗(圖5)。其中，MaxIQ參數(shù)將供Modbus地址Oxxxx和1xxxx使用的I和Q點數(shù)設(shè)為0-128之間的數(shù)值。數(shù)值0禁止所有向輸入和輸出的讀取。程序中使用的MaxIQ數(shù)值是128，該數(shù)值可在s7—200中存取所有的I和Q點。MaxAI參數(shù)將供Modbus地址3xxxx使用。
關(guān)鍵詞 MODBUS；PROFIBUS；PLC；工業(yè)通信；通訊協(xié)議；
中圖分類號TN91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2013）93-0153-02
0 引言
MODBUS是一種標(biāo)準(zhǔn)、開放的協(xié)議，Modbus的幀格式簡單、緊湊，通俗易懂，可以支持多種電氣接口，具有MODBUS接口的電子儀器可以很方便的進(jìn)行組態(tài)，在同一個網(wǎng)絡(luò)中要求各終端設(shè)備波特率，校驗方式一致，地址唯一。MODBUS在國內(nèi)工業(yè)通訊領(lǐng)域用途甚廣。
PROFIBUS，是一種國際化.開放式.不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。Profibus的傳輸速率為9.6K～12Mbps，最大傳輸距離在9.6K～187.5Kbps時為1000m，500Kbps時為400m，1500Kbps時為200m，3000K～12000Kbps時為100m，可用中繼器延長至10km。其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接127個站點。PROFIBUS可實現(xiàn)數(shù)字和模擬輸入/輸出模塊、智能信號裝置和過程調(diào)節(jié)裝、PLC、PC機之間的數(shù)據(jù)傳輸，可把I/O通道分散到現(xiàn)場設(shè)備附近，可減少系統(tǒng)工程費用，裝配費用，硬件成本調(diào)試成本，被廣泛應(yīng)用于電力輸送，過程自動化，樓宇自動化，制造業(yè)自動化等領(lǐng)域。PROFIBUS系統(tǒng)的安全、可靠性好，故障停機時間少，系統(tǒng)維護、設(shè)備更換和系統(tǒng)擴充方便，用戶對系統(tǒng)配置、設(shè)備選型有較大的自。
在實際工程應(yīng)用中，電氣工程師在一個項目里往往會遇到不同廠家，不同功能的控制設(shè)備，那么如何經(jīng)濟地，可靠地把不同廠家，不同功能的控制設(shè)備集成到一個通訊網(wǎng)絡(luò)中，并且要求安裝方便，編程簡單，那就成為一個至關(guān)重要的技術(shù)問題！
1 本通訊系統(tǒng)的硬件設(shè)備
1）SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，此裝置安裝在變電所
2）意大利MS公司的直流繼電保護裝置：U-MLE-Ts，此裝置安裝在饋線柜，可為地鐵直流牽引配電系統(tǒng)提供以下功能
（1）饋線段直流供電保護，例如熱過負(fù)荷，一段過流，二段過流，電流增量，電流上升率，欠壓保護等；
（2）邏輯控制；
（3） 故障記錄；
（4） MODBUS RTU通信。
3）德國西門子公司的S7-300 PLC： CPU 313C-2 DP ， 此裝置安裝在進(jìn)線柜和負(fù)極柜
（1）進(jìn)線柜的S7-300 PLC可為地鐵直流牽引配電系統(tǒng)提供以下功能
①進(jìn)線段直流供電保護，例如過流，反流保護等；
②故障記錄；
③邏輯控制；
④PROFIBUS通信。
（2）負(fù)極柜的S7-300 PLC可為地鐵直流牽引配電系統(tǒng)提供以下功能
①框架保護；
② 邏輯控制；
③PROFIBUS通信。
4）德國西門子公司的S7-200 PLC： CPU 226 CN此裝置安裝在鋼軌電位限制柜，可為地鐵直流牽引配電系統(tǒng)提供以下功能
（1） 軌道電壓限制保護；
（2）邏輯控制；
（3）MODBUS RTU通信。
2 通信網(wǎng)絡(luò)的集成的關(guān)鍵技術(shù)問題分析：
SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)、意大利MS公司的直流繼電保護裝置：U-MLE-Ts、西門子S7-200 PLC：CPU 226 CN均支持MODBUS RTU通信，在不增加硬件成本的前提下，這三種裝置設(shè)備可構(gòu)成一個MODBUS RTU通信系統(tǒng)，但西門子S7-300 PLC： CPU 313C-2 DP本體不支持MODBUS RTU通信，如果要集成到此MODBUS RTU通信系統(tǒng)的話，則需要每臺S7-300 PLC： CPU 313C-2 DP增加一個串行通訊模塊CP 341（如右圖），如果按常規(guī)的做法，一個變電所的直流牽引配電系統(tǒng)中就要增加3個CP 341模塊，但此模塊價格昂貴，因此我們最終確定只在202進(jìn)線柜的S7-300 PLC的底板擴展總線增加1個CP 341模塊，以此為三臺本體不支持MODBUS RTU通信的S7-300 PLC集成到MODBUS RTU通信系統(tǒng)中去。
具體實現(xiàn)方法是：系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分兩層。
第一層是PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)： 201進(jìn)線柜和負(fù)極柜做PROFIBUS從站，202進(jìn)線柜做PROFIBUS主站，PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)1主站2從站。
第二層是MODUBUS RTU網(wǎng)絡(luò)： 安裝在202進(jìn)線柜的PLC通訊模塊CP341 做MODBUS 網(wǎng)絡(luò)的從站，SCADA系統(tǒng) 做MODBUS 網(wǎng)絡(luò)主站 ，MODUBUS RTU網(wǎng)絡(luò)1主站7從站。在PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)中，202進(jìn)線柜PROFIBUS主站收集201進(jìn)線柜PROFIBUS從站和負(fù)極柜PROFIBUS從站的信息，并把信息映射在202進(jìn)線柜S7-300 PLC的保持存儲區(qū)中，然后通過編程使插在202進(jìn)線柜S7-300PLC 底板擴展總線的CP341通訊模塊訪問PLC保持存儲區(qū)， 同時SCADA也可以通過CP341通訊模塊發(fā)信息到202進(jìn)線柜PROFIBUS主站，然后主站再通過PROFIBUS的映射功能發(fā)給各從站，202進(jìn)線柜PROFIBUS主站起傳輸樞紐的作用。
在MODUBUS RTU 網(wǎng)絡(luò)中 SCADA與CP341通訊模塊交換信息，根據(jù)MODBUS存儲區(qū)與PLC存儲器的對應(yīng)關(guān)系，在PLC內(nèi)部相應(yīng)編程對應(yīng)的存儲器，即能間接與SCADA通訊。
1）202進(jìn)線柜S7-300 PLC雙層網(wǎng)絡(luò)編程方法如下：
以上PROFIBUS編程對應(yīng)的PLC映射存儲區(qū)地址：
2）鋼軌電位限制柜S7-200 PLCMODBUS RTU編程方法如下：
3）直流繼電保護裝置 U-MLE-Ts MODBUS RTU編程方法如下：
3 MODBUS RTU通訊的驗證
可使用Modbus協(xié)議測試軟件，根據(jù)MODBUS RTU協(xié)議，數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)為
8Bit地址 8Bit功能碼 nX8Bit數(shù)據(jù) 16BitCRC校驗碼
當(dāng)數(shù)據(jù)幀到達(dá)被尋址的終端設(shè)備時，網(wǎng)絡(luò)中唯一從站地址的終端根據(jù)功能碼，作出相應(yīng)的應(yīng)答，就好像兩人交談一樣一問一答，兩者的語言就是通訊協(xié)議，兩者談話內(nèi)容就是特定格式的報文，提問就是MODBUS功能碼，如下圖的實驗數(shù)據(jù)
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：PLC 張力傳感器 無線數(shù)傳模塊 MODBUS
中圖分類號：TD53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）03-0050-02
1 引言
目前，隨著煤礦生產(chǎn)規(guī)模的逐漸擴大，煤礦對于大型設(shè)備的安全性能和自動化程度也越來越重視，礦井提升機擔(dān)負(fù)著提人和提物的重要任務(wù)，其安全更是煤礦生產(chǎn)中較為重要的環(huán)節(jié)。目前提升機箕斗的裝載超限是較為典型的事故隱患之一，它降低了鋼絲繩的安全系數(shù)，威脅了制動安全，有必要采取措施對其監(jiān)測。針對以往方法的不足，本系統(tǒng)是采用基于無線通訊控制的提升機過載監(jiān)測系統(tǒng)，采用PLC做為控制，通過張力傳感器進(jìn)行測量，由無線數(shù)傳模塊進(jìn)行傳輸，具有高效率與高精度得來實時監(jiān)測提升機載重的變化。
2 工作原理
2.1 系統(tǒng)原理組成
基于無線通訊控制的提升機過載監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過PLC監(jiān)測張力傳感器變換的電流，通過線性擬合的方法判斷箕斗的重量，對載重進(jìn)行實時監(jiān)測，最終通過MODBUS協(xié)議實現(xiàn)快速、高精度、實時監(jiān)測對載重進(jìn)行實時控制，實現(xiàn)提升機連續(xù)穩(wěn)定的工作。其系統(tǒng)控制原理圖如圖1所示。
2.2 工作過程
將傳感器放置在纜繩上面，提升機工作時纜繩由于負(fù)重會對傳感器產(chǎn)生張力，這樣傳感器會產(chǎn)生電流，將張力傳感器測出的電流送到采集裝置里在通過協(xié)議實現(xiàn)無線通訊，將現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集出來經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，在由主站接收設(shè)備的D/A轉(zhuǎn)換經(jīng)有線與PLC連接，根據(jù)傳感器中電流與拉力的對應(yīng)關(guān)系在液晶顯示器中顯示出來。因此，在硬件組裝好的情況下利用編寫軟件，以及顯示器顯示內(nèi)容的編寫，設(shè)置采集裝置的通道口地址，利用協(xié)議將從端口地址里取出數(shù)據(jù)放到PLC的存儲器中，然后編寫顯示時，利用公式的對應(yīng)關(guān)系將顯示存儲器里的內(nèi)容，根據(jù)顯示的載重來調(diào)節(jié)裝載的量。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計
3.1 提升張力檢測主電路
控制系統(tǒng)的硬件主要由PLC、顯示屏和張力傳感器等組成。本張力傳感器使用旁壓式原理實現(xiàn)對鋼絲繩的張力的測量。張力傳感器能將力轉(zhuǎn)變成易控制、易采集的4-20mA電流，電流與拉力又有成線性關(guān)系的對應(yīng)。在勻速運動情況下拉力又等于重力所以能準(zhǔn)確地反映出載重的關(guān)系。恒流源電路圖如圖2所示
3.2 無線數(shù)據(jù)采集與發(fā)送裝置
采用無線數(shù)傳模塊可根據(jù)礦井環(huán)境選擇不同的發(fā)射功率來進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。該控制以PLC為中心與無線模塊進(jìn)行雙向通訊，利用輪詢查詢方式，利用先編好的軟件來進(jìn)行取數(shù)據(jù)，用顯示器對所測的載重進(jìn)行增減，達(dá)到實時監(jiān)測。圖3為無線接收模塊的電路圖。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件主要實現(xiàn)的是PLC與無線數(shù)傳模塊之間的通訊及PLC與顯示器之間的連接。其數(shù)據(jù)傳輸是利用MODBUS協(xié)議進(jìn)行的。采用MODBUS協(xié)議的設(shè)備，通過查詢命令查詢數(shù)據(jù)。查詢命令必需通過無線方式查詢。主站設(shè)備或路由設(shè)備都可發(fā)命令查詢MODBUS協(xié)議設(shè)備，但MODBUS協(xié)議設(shè)備反饋數(shù)據(jù)時只發(fā)給主站設(shè)備。例如設(shè)備地址為12345678，MODBUS協(xié)議設(shè)備地址為78。起始寄存器地址都從00 00開始，與設(shè)備的硬件端口對應(yīng)，如第一路硬件采集端口對應(yīng)寄存器地址00 00，第二路硬件采集端口對應(yīng)寄存器地址00 01，以此類推。根據(jù)協(xié)議從無線采集模塊通道口數(shù)據(jù)發(fā)送到無線接收模塊，傳到PLC中，然后PLC通過協(xié)議將數(shù)據(jù)分配，最終顯示在顯示器上進(jìn)行實時觀察。
5 實驗數(shù)據(jù)結(jié)果與分析
利用串口調(diào)試軟件發(fā)送數(shù)據(jù)01 04 0000 0004 來求出無線采集裝置通道1、2、3、4的十六進(jìn)制數(shù)字量，然后用恒流源去標(biāo)定，利用公式轉(zhuǎn)換為（高字節(jié)*256+低字節(jié)）/100 然后多取幾組數(shù)據(jù)如表1：
利用最小二乘法進(jìn)行線性擬合，
設(shè)，其中x為電流模擬量，y為載重。
推出：b=-4.77
K=1.25
所以載重與電流的關(guān)系為Y=1.25X-4.77
6 結(jié)語
該系統(tǒng)通過PLC控制，并借助顯示屏來設(shè)定相關(guān)參數(shù)和顯示PLC中的實時數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的可操作性。系統(tǒng)中采用無線數(shù)傳模塊代替有線來進(jìn)行傳輸降低了損耗，提高了精確度。目前，該過載監(jiān)測裝置已在淮北礦業(yè)集團使用，系統(tǒng)正常工作運行，能安全可靠的實時監(jiān)測箕斗的載重。
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