引論：我們?yōu)槟砹?3篇modbus協(xié)議范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時(shí)的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。

篇1

當(dāng)在一個(gè)modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，此協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng)，控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。在其它網(wǎng)絡(luò)上，包含了Modbus協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決節(jié)地址、路由路徑及錯(cuò)誤檢測的方法。

1.Modbus協(xié)議

1.1 Modbus協(xié)議族

Modbus協(xié)議中有ASCII、RTU、TCP等，其中前二者規(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)通信采用Master/Slave（主從）方式，主端發(fā)出數(shù)據(jù)請求消息，從端接收到正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到主端以響應(yīng)請求；主端也可以直接發(fā)送消息修改從端的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙向讀寫。此外，在校驗(yàn)上，ASCII模式采用LRC校驗(yàn)，RTU模式采用16位CRC校驗(yàn)。而TCP模式除了有奇偶校驗(yàn)外，沒有額外規(guī)定校驗(yàn)，其原因就是TCP協(xié)議是一個(gè)面向連接的可靠協(xié)議。

1.2 Modbus網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸

Modicon控制器上的標(biāo)準(zhǔn)Modbus端口是使用一個(gè)RS232兼容的串行接口，定義了連接器，接線電纜，信號(hào)等級(jí)，傳輸波特率，和奇偶校驗(yàn)，控制器可直接或通過調(diào)制解調(diào)器接入總線(網(wǎng)絡(luò))。控制器通訊使用主從技術(shù)而其它設(shè)備(從機(jī))應(yīng)返回對查詢作出的響應(yīng)，或處理查詢所要求的動(dòng)作。典型的主機(jī)設(shè)備應(yīng)包括主處理器和編程器，典型的從機(jī)包括可編程控制器。

主機(jī)可對各從機(jī)尋址，發(fā)出廣播信息，從機(jī)返回信息作為對查詢的響應(yīng)。從機(jī)對于主機(jī)的廣播查詢，無響應(yīng)返回Modbus協(xié)議報(bào)據(jù)設(shè)備地址，請求功能代碼，發(fā)送數(shù)據(jù)，錯(cuò)誤校驗(yàn)碼，建立了主機(jī)查詢格式，從機(jī)的響應(yīng)信息也用Modbus協(xié)議組織，它包括確認(rèn)動(dòng)作的代碼，返回?cái)?shù)據(jù)和錯(cuò)誤校驗(yàn)碼。若在接收信息時(shí)出現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤或從機(jī)不能執(zhí)行要求的動(dòng)作時(shí)，從機(jī)會(huì)組織一個(gè)錯(cuò)誤信息。并向主機(jī)發(fā)送作為響應(yīng)。

1.3 在其它總線上傳輸數(shù)據(jù)

除標(biāo)準(zhǔn)的Modbus功能外，有些Modicon控制器內(nèi)置端口或總線適配器，在Modbus+總線上實(shí)現(xiàn)通訊或使用網(wǎng)絡(luò)適配器，在MAP網(wǎng)絡(luò)上通訊。

在這些總線上，控制器間采用對等的技術(shù)進(jìn)行通訊，即任意一個(gè)控制器可向其它控制器啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳送。因此，一臺(tái)控制器既可作為從機(jī)，也可作為主機(jī)，常提供多重的內(nèi)部通道，允許并列處理主機(jī)和從機(jī)傳輸數(shù)據(jù) 在信息級(jí)，盡管網(wǎng)絡(luò)通訊方法是對等的，但Modbus協(xié)議仍采用主從方式，若一臺(tái)控制器作為主機(jī)設(shè)備發(fā)送一個(gè)信息，則可從一臺(tái)從機(jī)設(shè)備返回一個(gè)響應(yīng)，類似，當(dāng)一臺(tái)控制器接受信息時(shí)，它就組織一個(gè)從機(jī)設(shè)備的響應(yīng)信息，并返回至原發(fā)送信息的控制器。

1.4 查詢響應(yīng)周期

查詢：查詢中的功能代碼為被尋址的從機(jī)設(shè)備應(yīng)執(zhí)行的動(dòng)作類型。數(shù)據(jù)字節(jié)中包含從機(jī)須執(zhí)行功能的各附加信息，如功能代碼03將查詢從機(jī)，并讀保持寄存器。并用寄存器的內(nèi)容作響應(yīng)。該數(shù)據(jù)區(qū)必須含有告之從機(jī)讀取寄存器的起始地址及數(shù)量，錯(cuò)誤校驗(yàn)區(qū)的一些信息，為從機(jī)提供一種校驗(yàn)方法，以保證信息內(nèi)容的完整性。

響應(yīng)：從機(jī)正常響應(yīng)時(shí)，響應(yīng)功能碼是查詢功能碼的應(yīng)答，數(shù)據(jù)字節(jié)包含從機(jī)采集的數(shù)據(jù)，如寄存器值或狀態(tài)。如出現(xiàn)錯(cuò)誤，則修改功能碼，指明為錯(cuò)誤響應(yīng)。并在數(shù)據(jù)字節(jié)中含有一個(gè)代碼，來說明錯(cuò)誤，錯(cuò)誤檢查區(qū)允許主機(jī)確認(rèn)有效的信息內(nèi)容。

1.5 Modbus協(xié)議幀結(jié)構(gòu)

Modbus協(xié)議幀通常也被稱作Modbus信息包裹，一個(gè)協(xié)議幀由從前到后有以下四個(gè)部分組成：地址域：發(fā)送信息的目的地址，即主站請求時(shí)的從站地址或從站響應(yīng)時(shí)的主站地址。從站地址域長度為一個(gè)字節(jié)，其中包括信息包裹傳送的從站地址。從站地址范圍為“1”至“255”。 功能碼域：信息包裹中功能域長度為一個(gè)字節(jié)，用以通知從站應(yīng)當(dāng)執(zhí)行何種操作。數(shù)據(jù)域：域長度不定，依據(jù)其具體動(dòng)能而定。校驗(yàn)域：兩種不同模式下，計(jì)算而得的校驗(yàn)碼。

2.通信接口模塊開發(fā)

Modbus通信接口位于上位機(jī)和下位機(jī)之間，若要完成Modbus通信，則上位機(jī)和下位機(jī)必須安裝有能夠?qū)崿F(xiàn)Modbus協(xié)議的硬件和軟件。在系統(tǒng)集成工程中，如果出現(xiàn)通信雙方任何一方不具備Modbus接口的情況，則必須進(jìn)行底層驅(qū)動(dòng)模塊的開發(fā)。

一般下位機(jī)一側(cè)會(huì)出現(xiàn)不匹配，因?yàn)橄挛粰C(jī)系統(tǒng)中包括數(shù)據(jù)的采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理等等，那么下位機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括：數(shù)據(jù)采集處理模塊、中央處理模塊、通信模塊。

3.Modbus集成工程應(yīng)用

在系統(tǒng)集成的工程中，Modbus設(shè)備與中央監(jiān)控軟件間的通信是其一部分，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置包括根據(jù)工程要求選擇系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系，然后選擇Modbus設(shè)備；對所有主站和從站進(jìn)行設(shè)置地址是至關(guān)重要的一點(diǎn)，Modbus寄存器地址通過0、1、3、4四種類型的前導(dǎo)數(shù)字標(biāo)明四種類型的寄存組，它與數(shù)據(jù)庫定義軟件組件中數(shù)據(jù)表有著對應(yīng)關(guān)系，其對應(yīng)關(guān)系是：0xxxxDigital Output；1xxxxDigital Input；3xxxxInput Register；4xxxxHolding Register。

中央軟件平臺(tái)中工程的組態(tài)和人機(jī)界面的開發(fā)分為三個(gè)步驟：用組態(tài)軟件對硬件進(jìn)行組態(tài)，并存入數(shù)據(jù)庫；在軟件中以圖形畫面的形式開發(fā)出友好的人機(jī)界面；在主站上執(zhí)行人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的監(jiān)控。

篇2

1.1本系統(tǒng)主控芯片采用宏晶科技STC89C52單片機(jī)，與其它CPU芯片相比，具有顯著特點(diǎn)，加密性強(qiáng)，超低功耗，速度快，可靠性高，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，抗靜電和抗干擾能力強(qiáng)。

1.2DS18B20傳感器

DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字式溫度計(jì)芯片，它具有結(jié)構(gòu)簡單，不需外接元件，測量溫度范圍在-55°C—+125°C之間。采用一根I/O數(shù)據(jù)線既可供電又可傳輸數(shù)據(jù)、并可由用戶設(shè)置溫度報(bào)警界限等特點(diǎn)，可廣泛用于食品庫、冷庫、糧庫等需要控制溫度的地方。

1.3網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖

1.4網(wǎng)絡(luò)組成

該控制網(wǎng)由PC機(jī)和若干分節(jié)點(diǎn)組成，PC機(jī)主要負(fù)責(zé)輪詢各分站點(diǎn)數(shù)據(jù)，發(fā)送請求數(shù)據(jù)包和控制數(shù)據(jù)包，然后分節(jié)點(diǎn)判斷數(shù)據(jù)包，根據(jù)相應(yīng)的指令通過RS232接口把數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)，最大站點(diǎn)數(shù)可設(shè)50個(gè)節(jié)點(diǎn)，PC機(jī)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

2 控制網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議

2.1簡單節(jié)點(diǎn)流程示意圖

本控制網(wǎng)采用同一程序，通過面板按鍵設(shè)置本機(jī)的分節(jié)點(diǎn)地址，節(jié)點(diǎn)開始上電，CPU開始初始化I/O、串口等模塊，接著根據(jù)設(shè)置的參數(shù)讀取操作站點(diǎn)，從而執(zhí)行相應(yīng)的程序并分析數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)正確，進(jìn)行正常顯示，否則PC機(jī)根據(jù)不同的報(bào)警信息發(fā)出聲光報(bào)警。

簡單節(jié)點(diǎn)流程示意圖如下

2.2數(shù)據(jù)包格式

通訊參數(shù)：波特率：1200，數(shù)據(jù)位為1，數(shù)據(jù)位為8，停止位為1，校驗(yàn)位為1，方式采用主從式通訊，計(jì)算機(jī)為主機(jī)，各下位分機(jī)為從機(jī)。主機(jī)先發(fā)數(shù)據(jù)請求命令，只有符合地址條件的從機(jī)才回傳或接收數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)傳輸中，為提高系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性，要求傳送的數(shù)據(jù)包盡可能短，并且傳送的信息量要大。

2.2.1請求數(shù)據(jù)包

本數(shù)據(jù)包用于PC機(jī)向分節(jié)點(diǎn)請求數(shù)據(jù)使用。請求數(shù)據(jù)包格式如下：長度為4個(gè)字節(jié)數(shù)，首位碼、讀標(biāo)志、目的地址、數(shù)據(jù)量均為一個(gè)字節(jié)數(shù)。

2.2.2回送數(shù)據(jù)

本數(shù)據(jù)包用于分節(jié)點(diǎn)發(fā)送PC機(jī)所請求的數(shù)據(jù)，回送的數(shù)據(jù)包長度可以根據(jù)發(fā)送的指令而變，根據(jù)PC機(jī)發(fā)送的請求，數(shù)據(jù)包回送PC機(jī)所請求的數(shù)據(jù)。

回送數(shù)據(jù)包格式如下：首位碼、地址均為1個(gè)字節(jié)數(shù)，回送數(shù)據(jù)根據(jù)發(fā)送指令確定字節(jié)數(shù)，備用字節(jié)、校驗(yàn)碼為兩個(gè)字節(jié)數(shù)。

2.2.3控制數(shù)據(jù)包

本數(shù)據(jù)包主要用于PC機(jī)向分節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)使用。控制數(shù)據(jù)包格式如下：長度為5個(gè)字節(jié)數(shù)，首位碼、寫標(biāo)志、目的地址均為1個(gè)字節(jié)數(shù)，數(shù)據(jù)量為2個(gè)字節(jié)數(shù)。

2.2.4協(xié)議的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

在設(shè)計(jì)基于RS-485的分布式測控系統(tǒng)時(shí)，在上位機(jī)呼叫下位機(jī)地址之后就可以利用本協(xié)議的規(guī)范來設(shè)計(jì)具體的通信流程。 基于本協(xié)議的通信可以有兩種機(jī)制。一種是面向握手的，即每發(fā)出一幀，總是要等待確認(rèn)幀，否則將認(rèn)為是通信出錯(cuò)。這是一種可靠的通信方式，適合傳輸系統(tǒng)命令和一些非常重要的系統(tǒng)參數(shù)。另一種是無握手的，即發(fā)送方假設(shè)接收方總是接收正確，從而無須等待確認(rèn)幀就不停地發(fā)送，適合大量前端采集數(shù)據(jù)的發(fā)送。這種機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)送過程簡 單、快速，缺點(diǎn)是不能保證傳輸過程的可靠性。

本協(xié)議利用握手通訊方式已經(jīng)成功地運(yùn)用到多個(gè)冷庫、糧庫監(jiān)測系統(tǒng)中，不僅簡化了通信程序的設(shè)計(jì)，而且保證了通信的高效和可靠。下位機(jī)負(fù)責(zé)現(xiàn)場的溫度的采樣和存儲(chǔ)，上位機(jī)負(fù)責(zé)循環(huán)呼叫下位機(jī)，以了解現(xiàn)場情況是否正常，并且每隔一定時(shí)間收集下位機(jī)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析管理。

2.3通訊的可靠性

本系統(tǒng)采用主從結(jié)構(gòu)，利用PC機(jī)輪詢各節(jié)點(diǎn)，能有效解決網(wǎng)絡(luò)沖突問題。傳輸數(shù)據(jù)增加了冗余，并且在所傳送的數(shù)據(jù)中進(jìn)行了硬件的循環(huán)冗余校驗(yàn)。

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)上位機(jī)軟件采用Delphi開發(fā)，數(shù)據(jù)庫采用Firbird，上位機(jī)設(shè)計(jì)分為組態(tài)部分和監(jiān)控運(yùn)行部分，可視化直觀的界面操作，組態(tài)方便，可根據(jù)分節(jié)點(diǎn)所接傳感器數(shù)量不同，自由分配通道，利用上位機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，可對各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、上下限報(bào)警、實(shí)時(shí)趨勢顯示，具有很大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

篇3

Modbus協(xié)議是由Modicon公司在1978年發(fā)明的一種工業(yè)通信協(xié)議，正式為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)拉開了序幕。Modbus 標(biāo)準(zhǔn)定義了 OSI 模型第7層上的應(yīng)用層報(bào)文傳輸協(xié)議，它在連接至不同類型總線或網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備之間提供客戶機(jī)/服務(wù)器通信。由于其開放性標(biāo)準(zhǔn)、支持多種電氣接口、幀格式通俗易懂的特點(diǎn)，特別是工控領(lǐng)域上HMI、PLC、前端儀表等設(shè)備間通信得到了廣泛使用。通常Modbus協(xié)議由串行鏈路通過一個(gè)主/從總線模型實(shí)現(xiàn)。同一時(shí)刻，只有一個(gè)主站連接于總線，一個(gè)或多個(gè)從站連接在同一個(gè)串行總線上。

二、硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在工業(yè)儀表內(nèi)除了實(shí)現(xiàn)主要的監(jiān)測物理量之外，儀表還需具備數(shù)據(jù)通信互連功能。本文所指的工業(yè)儀表是基于STM32L152RBT6為控制器的硬件環(huán)境實(shí)現(xiàn)的對外界環(huán)境溫度監(jiān)測的儀表，并通過在其內(nèi)部構(gòu)建Modbus協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。STM32L152RBT6是屬于由ST公司的STM32L152系列微控制器，該系列屬于是超低功耗，高數(shù)據(jù)安全性，高效能的ARM Cortex-M3微控制器芯片。其低功耗運(yùn)行模式電流為10.4μA，能夠滿足實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用中低功耗穩(wěn)定的需求。同時(shí)利用STM32內(nèi)提供的串行口外設(shè)和485總線轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)通信接口。轉(zhuǎn)換模塊采用的是SP3072EEN接口芯片，采用半雙工通訊方式，與單片機(jī)引腳連接簡單。硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

三、軟件功能設(shè)計(jì)

為了在基于嵌入式的工業(yè)儀表內(nèi)構(gòu)建一個(gè)實(shí)時(shí)性強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定的Modbus協(xié)議，使用了μC/OS-II作為整個(gè)儀表的軟件平臺(tái)，其是由Jean J. Labrosse于1992年編寫的一個(gè)嵌入式多任務(wù)操作系統(tǒng)，憑借其足夠的穩(wěn)定性和安全性在數(shù)十年之間得到了許多機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。在μC/OS-II內(nèi)具體應(yīng)用的軟功能都是通過系統(tǒng)提供的多個(gè)用戶任務(wù)來實(shí)現(xiàn)。

3.1 Modbus主站設(shè)計(jì)

實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，工業(yè)儀表需要向前端傳感設(shè)備或其他儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，以便實(shí)時(shí)讀取到需要的數(shù)據(jù)值，儀表內(nèi)部需要構(gòu)建一個(gè)Modbus主站作為主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)請求命令的客戶端。Modbus主站工作原理如圖2所示。

本設(shè)計(jì)利用了μC/OS-Ⅱ所提供的系統(tǒng)服務(wù)將主站模塊分為三個(gè)部分：請求主站服務(wù)的用戶任務(wù)、主站服務(wù)管理任務(wù)、串口底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)。

請求主站服務(wù)的用戶任務(wù)是指的是那些用戶任務(wù)中有調(diào)用Modbus主站服務(wù)的需求。各個(gè)用戶任務(wù)通過實(shí)際應(yīng)用發(fā)送特定的主站請求命令，并通過操作系統(tǒng)提供的消息隊(duì)列進(jìn)行命令緩沖。

主站系統(tǒng)中的主站管理任務(wù)是負(fù)責(zé)專門管理來自各個(gè)請求主站服務(wù)的任務(wù)的具體請求。該任務(wù)也屬于一個(gè)用戶任務(wù)，只是對請求命令的緩沖隊(duì)列進(jìn)行集中處理。

串口底層的中斷處理實(shí)現(xiàn)了串行鏈路上具體的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收。

主站服務(wù)由請求主站服務(wù)的任務(wù)發(fā)起，各個(gè)請求主站服務(wù)的任務(wù)按優(yōu)先級(jí)順序執(zhí)行并依次調(diào)用主站服務(wù)調(diào)用函數(shù)，該函數(shù)完成數(shù)據(jù)幀的建立與命令的填充最后將緩沖區(qū)傳遞給主站管理任務(wù)。主站管理任務(wù)優(yōu)先級(jí)是低于所有請求主站服務(wù)的任務(wù)，它將依次處理接收到得數(shù)據(jù)幀內(nèi)容，對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行封裝并交給串口底層驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)最終的發(fā)送和接收工作。當(dāng)接收到從站回復(fù)或者發(fā)生接收超時(shí)，主站管理任務(wù)將在緩沖區(qū)中產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)志符通知上層請求任務(wù)進(jìn)行處理。為了發(fā)送和接收的實(shí)時(shí)性考慮，這里將數(shù)據(jù)幀的校驗(yàn)和處理工作交給上層請求任務(wù)完成。

3.2 Modbus從站設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互連，后臺(tái)上位機(jī)或者現(xiàn)場PLC需要實(shí)時(shí)獲取前端儀表的數(shù)據(jù)信息。前端儀表內(nèi)部需要構(gòu)建一個(gè)Modbus從站作為服務(wù)器提供前端數(shù)據(jù)。Modbus從站工作原理如圖3所示。

篇4

系統(tǒng)中有一個(gè)主機(jī)和三個(gè)從機(jī)。從機(jī)的地址已由其控制器的P1口分別設(shè)置為1、2、3。主機(jī)能控制從機(jī)1和從機(jī)2的繼電器，并且顯示其工作狀態(tài)。主機(jī)能讀入從機(jī)3采集的電壓數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)顯示。圖3中還設(shè)置用于顯示通信狀態(tài)的若干個(gè)LED。圖3中的液晶模塊上顯示從機(jī)1和從機(jī)2的繼電器開關(guān)被主機(jī)分別控制成閉合和斷開，從機(jī)3采集的兩個(gè)電壓數(shù)據(jù)分別為4.98V和0V。系統(tǒng)前端通信接口選用的芯片是MAX485。MAX485接口芯片是Maxim公司的一種RS-485芯片，采用單一電源+5V工作，額定電流為300μA，采用半雙工通訊方式。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-485電平的功能。MAX485的內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器。它的RO和DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端，與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的RXD和TXD相連即可；/RE和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng)/RE為邏輯0時(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng)DE為邏輯1時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)镸AX485工作在半雙工方式，所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可；A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端，當(dāng)A引腳的電平高于B時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1；當(dāng)A的電平低于B端時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。由于RS-485芯片的特性，接收器的檢測靈敏度為±200mV，即差分輸入端VA－VB≥+200mV，輸出邏輯1，VA－VB≤－200mV，輸出邏輯0；而A、B端電位差的絕對值小于200mV時(shí)，輸出為不確定。如果接收器輸入端（A、B）開路或總線浮空（總線上所有驅(qū)動(dòng)器輸出為高阻）時(shí)，若接收器輸出低電平，則UART可能認(rèn)為是通信幀的“起始信息”而引起工作不正常，克服此問題的方法是在A端接上拉電阻，在B端接下拉電阻，從而保證A、B開路或浮空時(shí)，輸出處于確定狀態(tài)（高電平）。本系統(tǒng)此處的上拉電阻和下拉電阻都為10KΩ。另外，在應(yīng)用系統(tǒng)工程的現(xiàn)場施工中，由于通信載體是雙絞線，它的特性阻抗為120Ω左右，所以線路設(shè)計(jì)時(shí)，在RS-485網(wǎng)絡(luò)傳輸線的始端和末端各應(yīng)接1只120Ω的匹配電阻，以減少線路上傳輸信號(hào)的反射。

3.系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件遵循模塊化設(shè)計(jì)思想，包括主程序、初始化程序、串行通信程序和液晶顯示程序等。系統(tǒng)的主機(jī)主程序流程圖如圖4所示。主機(jī)遵循Modbus協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了發(fā)送串口命令和讀取響應(yīng)信息，以及數(shù)據(jù)處理和最終顯示輸出。Modbus協(xié)議是一個(gè)一主多從的通信協(xié)議，所以需要對每個(gè)從機(jī)分配不同的地址。從機(jī)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的接收和存儲(chǔ)，并且根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)幀中的功能代碼給出一應(yīng)答消息作為對主機(jī)的回應(yīng)。從機(jī)的程序設(shè)計(jì)流程圖同圖4類似。首先也需要對系統(tǒng)初始化，包括定時(shí)器初始化、串口初始化等，然后調(diào)用串口接收命令讀取主機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)幀，并判斷接收到的數(shù)據(jù)幀中的地址與本機(jī)是否相符，如果不符，直接結(jié)束，否則對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行CRC校驗(yàn)。當(dāng)校驗(yàn)正確的時(shí)候就可以根據(jù)相應(yīng)的功能代碼調(diào)用對應(yīng)的函數(shù)去執(zhí)行功能操作，否則向主機(jī)返回一個(gè)錯(cuò)誤信息的應(yīng)答幀。下面給出主機(jī)和從機(jī)程序中幾個(gè)重要的子程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之處。

3.1定時(shí)器T0的初值

RTU模式中，信息開始時(shí)和結(jié)束時(shí)都至少應(yīng)有3.5個(gè)字符的靜止間隔時(shí)間，這個(gè)間隔時(shí)間可根據(jù)波特率用定時(shí)器T0中斷來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)單片機(jī)每收到一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)立即檢測與上一數(shù)據(jù)間隔是否大于3.5個(gè)字符時(shí)間，如大于則說明該幀發(fā)送結(jié)束，單片機(jī)準(zhǔn)備接收下一幀。程序用定時(shí)器T0來控制和標(biāo)識(shí)圖1中1.5字符和3.5字符的時(shí)間時(shí)隔。對于系統(tǒng)所選擇的波特率9600bit/s，則每位傳輸時(shí)間為1/9600s，在程序配置的串口模式1下，發(fā)送每字符信息時(shí)輸出1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位及1個(gè)停止位，故每字符傳輸時(shí)間為1/9600*10s，又由于中斷程序是在接收1個(gè)字符后再判斷時(shí)間間隔，故主程序?qū)?.5字符的幀內(nèi)字節(jié)間隔時(shí)間定義為：1/9600*10*(1.5+1)≈2604.2us；3.5字符的幀間隔時(shí)間定義為：1/9600*10*(3.5+1)≈4687.5us。在11.0592MHz晶振的作用下，相應(yīng)的定時(shí)器初值分別為2604和4688。

3.2CRC校驗(yàn)

RTU模式中每一消息幀最后2字節(jié)是CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)字節(jié)。CRC校驗(yàn)是將整個(gè)字符串（不包括最后兩個(gè)字節(jié)）按規(guī)定的方式進(jìn)行位移并進(jìn)行異或運(yùn)算，計(jì)算結(jié)果存于字符串的最后兩個(gè)字節(jié)內(nèi)。當(dāng)一幀消息結(jié)束后，需要對收到的地址碼、功能碼、數(shù)據(jù)段進(jìn)行CRC校驗(yàn)。倘若校驗(yàn)結(jié)果與消息包含的CRC校驗(yàn)碼吻合，則表示通信正常，否則直接返回，表示此幀通信存在錯(cuò)誤，要求重發(fā)此幀。

篇5

在油庫和各種石化單位，定量裝車作業(yè)十分繁忙，裝車操作過程又要求相對精確。更加重要的是，涉及石化產(chǎn)品具有一定危險(xiǎn)性。為了提高了裝車精度和效率，降低損耗，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)盡可能保證安全作業(yè)，本文設(shè)計(jì)了基于Modbus協(xié)議的定量裝車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，并交付某公司使用。實(shí)際應(yīng)用表明系統(tǒng)監(jiān)控畫面直觀，人員操控方便，具備一定的主動(dòng)安全保障能力。

2 Modbus協(xié)議

Modbus通信協(xié)議是美國Modicon公司開發(fā)的一種通信協(xié)議，它采用Master/Slave方式工作，一個(gè)主站可以連接多個(gè)從站，從站只能根據(jù)主站的請求作出相應(yīng)的應(yīng)答。它是一種開放、標(biāo)準(zhǔn)、免收許可費(fèi)的通信協(xié)議。目前該協(xié)議已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制和測控儀表，并且已經(jīng)成為我國工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)范的國家標(biāo)準(zhǔn)之一。

Modbus協(xié)議有2種傳輸模式，即RTU模式和ASCII模式，相對于ASCII模式，RTU模式表達(dá)相同的信息需要較少的位數(shù)，且在相同通信速率下具有更大的數(shù)據(jù)流量，因此本系統(tǒng)選用該模式完成設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

Modbus協(xié)議的采用LRC和CRC兩種校驗(yàn)?zāi)Ｊ絹肀ＷC控制命令傳輸無誤。本文采用CRC-16校驗(yàn)方式，該方式會(huì)根據(jù)當(dāng)前發(fā)送或接收的命令字節(jié)碼，計(jì)算對應(yīng)的2個(gè)字節(jié)的CRC校驗(yàn)碼。并將其加到命令字節(jié)碼之后一并發(fā)送，組合之后的命令字節(jié)碼格式為：

系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)過程中，考慮到最終將會(huì)采用普通的X86系列PC機(jī)作為監(jiān)控終端，而該型機(jī)都是big-endian方式做多字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，與Modbus協(xié)議要求的little-endian剛好相反， CRC的計(jì)算結(jié)果必須滿足這一要求。本文稍微調(diào)整了CRC-16校驗(yàn)碼的產(chǎn)生方式如下：

Step1：將0xFFFF裝入CRC寄存器；

Step2：將命令字節(jié)碼的第一個(gè)字節(jié)與CRC寄存器異或，結(jié)果存放在CRC寄存器中；

Step3：CRC寄存器右移1位，高位填充0；

Step4：檢查CRC寄存器的最低有效位，如果該位為0，則重復(fù)Step3；如果該位為1，則將CRC寄存器的值與0xA001異或；

Step4：重復(fù)Step3和4，直到完成8次移位之后，完成命令字節(jié)碼中的對一個(gè)字節(jié)的處理；

Step5：對命令字節(jié)碼的下一個(gè)字節(jié)重復(fù)Step2到Step5的處理，直到所有的字節(jié)都處理完成為止；

Step6：最終CRC寄存器中的內(nèi)容就是該條命令字節(jié)碼對應(yīng)的CRC校驗(yàn)值；

例如，某命令字節(jié)數(shù)據(jù)[ 1 | 15 | 0 25 | 0 12 | 2 | 168 3 | 216 120 ]的含義為：給1號(hào)地址設(shè)備15號(hào)命令（寫多個(gè)線圈），從它的25號(hào)起始地址開始（0 25），連續(xù)寫12個(gè)線圈（0 12），寫入內(nèi)容為命令數(shù)據(jù)區(qū)的1010 1000 0011（168 3），根據(jù)命令計(jì)算出CRC校驗(yàn)碼為（216 120）。

3 系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)采用典型的RS232/485總線將上位機(jī)服務(wù)器端、上位機(jī)客戶端以及各個(gè)下位機(jī)組成一個(gè)工業(yè)可控以太網(wǎng)，各下位機(jī)選取符合Modbus plus規(guī)范的相關(guān)設(shè)備，便于直接獲取的操作過程中的各種數(shù)據(jù)信息，并封裝成協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行傳輸和通訊。主操作界面如圖1所示。

系統(tǒng)工作原理框架如下：

（1）下位機(jī)通過傳感器采集溫度計(jì)、流量計(jì)、比重計(jì)等相關(guān)數(shù)據(jù)，并封裝成Modbus協(xié)議格式數(shù)據(jù)供上位機(jī)客戶端查詢。

（2）上位機(jī)客戶端通過串口和橋接器連接各個(gè)下位機(jī)，利用多線程串口讀取函數(shù)主動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，下位機(jī)按照上位機(jī)客戶端的要求回傳相應(yīng)數(shù)據(jù)。然后，上位機(jī)客戶端將收到的數(shù)據(jù)按功能碼進(jìn)行解析，并以圖例、表格、文本等多種形式實(shí)時(shí)顯示和記錄。

（3）上位機(jī)服務(wù)器端通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與各個(gè)上位機(jī)客戶端相連，對多個(gè)上位機(jī)客戶端的狀態(tài)信息進(jìn)行收集、分析和存檔，并通過主動(dòng)發(fā)送命令的方式給上位機(jī)指令，進(jìn)而通過上位機(jī)客戶端給下位機(jī)下達(dá)控制命令，達(dá)到“監(jiān)視――控制”雙功能。

4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

上位機(jī)服務(wù)器通過接收Modbus請求，與上位機(jī)客戶端進(jìn)行交互，并對操作過程實(shí)時(shí)監(jiān)控，利用成熟的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，接收、存儲(chǔ)、處理和備份整個(gè)過程中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)，為客戶提供服務(wù)，并為進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析提供歷史依據(jù)。上位機(jī)服務(wù)器端主要功能包括：

（1）系統(tǒng)管理：該模塊包括了各類管理員，操作人員的用戶注冊，授權(quán)和管理等等，防止非法操作人員惡意登錄造成操作失誤，也避免非授權(quán)操作員隨意更改系統(tǒng)工作參數(shù)可能造成系統(tǒng)運(yùn)行偏差。

（2）數(shù)據(jù)庫管理：該部分模塊選擇成熟的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SQL Server2005對整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中所需要記錄的所有數(shù)據(jù)信息就行存儲(chǔ)和管理，為整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行和監(jiān)控提供可靠的數(shù)據(jù)支持；

（3）系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示：該模塊負(fù)責(zé)以圖像模擬顯示多種數(shù)據(jù)狀態(tài)，有利于管理人員實(shí)時(shí)監(jiān)控各下位機(jī)客戶端的操作情況。并且提供多種顯示圖像幫助管理人員分析各種操作情況，這是系統(tǒng)的核心功能之一， 在實(shí)現(xiàn)獲取個(gè)下位機(jī)狀態(tài)之后，對下位機(jī)進(jìn)行直接控制是系統(tǒng)必需的核心功能之一，雖然在實(shí)際裝車控制中主要使用的功能碼只有2、4、15、16號(hào)命令，但是本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全部Modbus功能碼，便于今后對新設(shè)備的擴(kuò)充。。

（4）Modbus協(xié)議命令：該模塊能夠按照標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議，接收來自上位機(jī)客戶端傳送來的Modbus請求，完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)工作，是系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)；

（5）安全警報(bào)功能：授油工作本身是具備一定危險(xiǎn)性的工作，安全責(zé)任事故問題必須引起足夠的重視。可以根據(jù)各種系統(tǒng)狀況進(jìn)行報(bào)警處理，保證系統(tǒng)工作狀態(tài)安全可靠，避免業(yè)務(wù)事故的發(fā)生，并且具備自動(dòng)報(bào)警信息記錄功能，收集歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)的安全事故信息，為安全人員分析發(fā)現(xiàn)安全事故規(guī)律，查找安全隱患提供數(shù)據(jù)支撐。

上位機(jī)客戶端能有效地按照預(yù)定訂單號(hào)自動(dòng)完成裝車作業(yè)，或者在操作員的控制下，進(jìn)行控制參數(shù)設(shè)置，定量控制、數(shù)據(jù)采集、業(yè)務(wù)受理和報(bào)表打印等具體業(yè)務(wù)。上位機(jī)客戶端主要功能包括：

（1）實(shí)時(shí)授油監(jiān)視：該模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)動(dòng)畫模擬顯示整個(gè)下位機(jī)控制分組內(nèi)所有鶴管的出油狀況，及相關(guān)關(guān)鍵參數(shù)數(shù)值顯示。例如：發(fā)油訂單號(hào)、車號(hào)、油品類型、參數(shù)設(shè)定、誤差范圍等等；

（2）強(qiáng)制發(fā)油控制：該模塊在特殊情況下，可以人為指定操作指令，以取代自動(dòng)發(fā)油過程，控制啟動(dòng)發(fā)油、暫停發(fā)油、恢復(fù)發(fā)油、強(qiáng)制結(jié)束等方式來進(jìn)行特殊操作，擴(kuò)展控制功能，更加適應(yīng)實(shí)際操作的變化；

（3）業(yè)務(wù)計(jì)劃管理：該模塊下，客戶可以根據(jù)預(yù)約過的訂單號(hào)，自動(dòng)完成裝車過程。也可以在沒有訂單號(hào)的情況下，有操作人員生成新的裝車業(yè)務(wù)，并進(jìn)行結(jié)算；

（4）業(yè)務(wù)查詢：該模塊按照操作員和客戶要求的方式（諸如進(jìn)行訂單號(hào)、裝車時(shí)間、油品類型、裝車單位、操作員編號(hào)等等）進(jìn)行多種關(guān)鍵字查詢和統(tǒng)計(jì)功能，并且自動(dòng)生成相關(guān)聯(lián)報(bào)表。

（5）打印功能：其自定義打印功能，更加貼近實(shí)用，可以由用戶自主選擇打印；

5 結(jié)論

本設(shè)計(jì)采用OOAD思想，用UNL建模，并使用Borland C++作為開發(fā)工具，規(guī)范化的設(shè)計(jì)和編程過程，以及大量集成的成熟控件足以支撐本軟件系統(tǒng)的快速開發(fā)。結(jié)果表明，軟件系統(tǒng)既可以對標(biāo)準(zhǔn)Modbus功能碼進(jìn)行調(diào)試，也可以對自定義功能碼進(jìn)行設(shè)置，還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制下位機(jī)狀態(tài)，并結(jié)合數(shù)據(jù)庫功能記錄所有關(guān)鍵操作和核心設(shè)備配置參數(shù)信息，保障差錯(cuò)恢復(fù)。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，使用簡明方便，很好地滿足項(xiàng)目要求。

[參考文獻(xiàn)]

[1] AEG Schneider Automatic Inc. Modicon IBM host based devices user’s guide Apr.1996

[2] 張克涵，張呼和，顧李馮.VC環(huán)境下的電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測軟件設(shè)計(jì)[J].測控技術(shù)2012年第31卷第2期

[3] 呂國芳，唐海龍，李進(jìn).基于ModbusRTU的串口調(diào)試軟件的實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展 2009年第19卷第9期

[4] 袁輝，李延香.基于Modbus通訊協(xié)議數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].科技咨詢導(dǎo)報(bào) 2007 No.19

[5] 陳柏金.通過串行口訪問modbus現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)[J].微計(jì)算機(jī)信息 2003.19（1）

[6] 王念春.基于Modbus的PC與下位機(jī)PLC間的通信程序[J].自動(dòng)化儀表 第22卷第8期 2001年8月

[7] 徐濤，閆科.基于Modbus協(xié)議的串行接口實(shí)現(xiàn)與DCS通訊[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 2002年4月

[8] 羅朝霞，張高記.基于TMS320F240TA DPS的Modbus通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息2005.21（72）138-139

[9] 房傳禮，李建華.基于Modbus協(xié)議的大屏幕在線監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀表 2010年7月

[10] 盧文俊，冷杉.基于Modbus協(xié)議的控制器遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備 2003年第23卷第6期

[11] 甑君，衛(wèi)強(qiáng)，于耀.應(yīng)用多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)串行通信與信號(hào)采集識(shí)別的同步[J].計(jì)算機(jī)工程 2003（10）196-197

[12] 李俊，徐紅兵.基于Modbus協(xié)議的汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)通訊設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀表 2006年7月

篇6

在生產(chǎn)和生活中監(jiān)控系統(tǒng)起到的作用越來重要，如在交通、銀行、電力等部門對監(jiān)控系統(tǒng)的要求越來越越高、需求也在不斷增大。在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，作為一種種分布式控制系統(tǒng)和工業(yè)通信協(xié)議Modbus協(xié)議在工業(yè)領(lǐng)域得到很好的應(yīng)用，本文針對其含義、系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)架和系統(tǒng)性能進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

二、淺析Modbus協(xié)議

(1)Modbus協(xié)議開發(fā)的Modbus協(xié)議是一種分布式控制系統(tǒng)和工業(yè)通信協(xié)議，在分布式控制系統(tǒng)和工業(yè)設(shè)備通訊中得到很好的應(yīng)用，采用RS485方式作為物理接口。控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)、控制器相互之間、通訊協(xié)議等可以通訊，在工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)成為通用標(biāo)準(zhǔn)，可以連接不同的控制設(shè)備成為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)集中控制和監(jiān)控。

(2)作為一種主從網(wǎng)絡(luò)Modbus網(wǎng)絡(luò)允許多個(gè)或一個(gè)從機(jī)和一個(gè)主機(jī)進(jìn)行通信，其中應(yīng)答報(bào)文和命令報(bào)文是相對應(yīng)的關(guān)系，也就是采用命令/應(yīng)答方式。主機(jī)發(fā)出命令報(bào)文，當(dāng)收到主機(jī)發(fā)來的報(bào)文的時(shí)候，相應(yīng)的應(yīng)答報(bào)文發(fā)出對命令報(bào)文進(jìn)行響應(yīng)。每個(gè)從機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中都擁有一個(gè)唯一的地址，訪問的從機(jī)地址包含在主機(jī)發(fā)出的命令中，對相應(yīng)的命令做出應(yīng)答的是具有該地址的從機(jī)。

(3)傳輸模式ASCII和RTU被應(yīng)用在Modbus協(xié)議中。沒有奇偶校驗(yàn)位、2個(gè)停位、8個(gè)數(shù)據(jù)為是RTU的傳輸格式。依靠接收字符間應(yīng)用的時(shí)間RTU接收設(shè)備對一個(gè)幀的開始進(jìn)行判斷，在時(shí)間為3個(gè)半字符之后沒有完成幀或沒有新的字符，該幀會(huì)被接收設(shè)備放棄，新幀的開始以設(shè)下一個(gè)字符為標(biāo)準(zhǔn)。1字節(jié)的信息在RTU模式中被看作一個(gè)8為字符進(jìn)行發(fā)送，

而作為兩個(gè)ASCII字符在ASCII模式中被發(fā)送。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)架

數(shù)據(jù)采集的RTU設(shè)備、數(shù)據(jù)交互的監(jiān)控設(shè)備、遠(yuǎn)程監(jiān)控的服務(wù)器是這個(gè)系統(tǒng)硬件的主要組成部分。應(yīng)用串口通信RTU設(shè)備與監(jiān)控設(shè)備之間通信并使Modbus TCP協(xié)議的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用TCP套接字技術(shù)服務(wù)器與監(jiān)控設(shè)備之間進(jìn)行通信并使Modbus TCP協(xié)議的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。

(1)設(shè)計(jì)協(xié)議轉(zhuǎn)換

在Modbus TCP協(xié)議中進(jìn)行通信時(shí)候，是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)不需要考慮，因?yàn)樗x了一個(gè)消息結(jié)構(gòu)體，并且對消息域內(nèi)容和格局的公共公式進(jìn)行了制定。在通信的時(shí)候這個(gè)協(xié)議對每個(gè)RTU設(shè)備的地址進(jìn)行定義，對按地址發(fā)來的信息進(jìn)行識(shí)別，并且對即將產(chǎn)生的行動(dòng)進(jìn)行決定。在需要回應(yīng)的情況下，反饋信息將在RTU設(shè)備中生成，采用Modbus TCP協(xié)議發(fā)出信息。相互轉(zhuǎn)換Modbus TCP協(xié)議與Modbus協(xié)議的時(shí)候，不需改變RTU，只需相應(yīng)的轉(zhuǎn)換MBAP報(bào)文頭。服務(wù)器的請求被接收到的時(shí)候，MBAP報(bào)文頭被Modbus TCP協(xié)議去掉并且被出送到RTU設(shè)備中。按照接收到的命令RTU設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，而且對CRC進(jìn)行差錯(cuò)校驗(yàn)；RTU設(shè)備的相應(yīng)被接收到的時(shí)候，相應(yīng)的MBAP報(bào)文頭被加在Modbus TCP協(xié)議上，CRC差錯(cuò)校驗(yàn)被去除并且傳送回服務(wù)器。通過這樣的過程實(shí)現(xiàn)兩個(gè)協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換。

(2)實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)讀寫

采用C/S模型實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)讀寫模塊。建立Socket通信是第一步，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端與數(shù)據(jù)服務(wù)器建立連接是通過發(fā)送注冊包實(shí)現(xiàn)的，TCP保活機(jī)制被啟動(dòng)，等候服務(wù)器發(fā)出命令，寫入或讀取設(shè)備參數(shù)命令由數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)送的時(shí)候，按照Modbus TCP協(xié)議遠(yuǎn)程監(jiān)控終端接收命令，在傳入設(shè)備之前把它轉(zhuǎn)化為Modbus協(xié)議，根據(jù)其命令RTU設(shè)備對相應(yīng)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行寫入或讀取，并向遠(yuǎn)程監(jiān)控終端發(fā)送響應(yīng)。在寫入或讀取成功的條件下，按照Modbus TCP協(xié)議接收到的響應(yīng)被遠(yuǎn)程監(jiān)控終端被封裝，并且發(fā)送給數(shù)據(jù)服務(wù)器；如果是失敗的寫入或讀取，按照Modbus TCP協(xié)議異常響應(yīng)被遠(yuǎn)程監(jiān)控終端發(fā)送到數(shù)據(jù)服務(wù)器。

四、分析系統(tǒng)性能

(1)在監(jiān)控系統(tǒng)的作用和功能方面，在空壓機(jī)中對壓風(fēng)機(jī)房管理、操作效率低下以及人力物力浪費(fèi)等問題進(jìn)行解決，使處理、交換、傳遞信息的速度加快，使監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和安全性得到保證，使控制系統(tǒng)的人性化、智能化、自動(dòng)化水平提高。主要功能在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中得以實(shí)現(xiàn)的有：使工作報(bào)表正常運(yùn)行，各種故障中的報(bào)警得以實(shí)現(xiàn)；供氣壓力參數(shù)可以遠(yuǎn)程設(shè)定，能夠在線修正參數(shù)；實(shí)時(shí)監(jiān)測供氣壓力，供氣過壓和欠壓都會(huì)進(jìn)行報(bào)警；供電系統(tǒng)的可靠性得以提高；等等。

五、結(jié)束語

通過上述淺析Modbus協(xié)議、系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)架、分析系統(tǒng)性能，可以得知，基于內(nèi)嵌Modbus協(xié)議的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)讀寫和套接字通信，使處理、交換、傳遞信息的速度加快。總之，這一系統(tǒng)具有很多優(yōu)勢，需要我們加大這這方面的研究和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡茂蓉,姜龍,丁光輝,等.哈夫曼樹的實(shí)現(xiàn)及其在文件壓縮中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī),2008(11):99-102.

[2]任子暉,付華科,杜艷,等.基于GPS/GPRS的校園定位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,26(3):7-10.

[3]王防修,周康.通過哈夫曼編碼實(shí)現(xiàn)文件的壓縮與解壓[J].武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2008,27(4):46-49.

[4]盧智嘉,王俊社,李玉萍.基于Modbus遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的通信研究[J].微計(jì)算機(jī)信息(測控自動(dòng)化),2008.24:157-158.

篇7

水位自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)主要對轄區(qū)范圍內(nèi)各水閘監(jiān)控點(diǎn)的水位高度，水l開關(guān)狀況，實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行遠(yuǎn)程的集中監(jiān)控，告警以及水文信息歷史記錄等功能。替代了原有的人員分點(diǎn)巡視的工作方式，實(shí)現(xiàn)無人守值的24小時(shí)不間斷監(jiān)控，有更高的安全性。

2 監(jiān)控中心傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

水位自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)以PLC與全天候高清數(shù)字圖像采集系統(tǒng)相集合，通過網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)，于集中監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)時(shí)收集所有水閘監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)信息，以及實(shí)現(xiàn)水閘的遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)分為兩大部分，第一部分為分布于每一個(gè)水閘監(jiān)控點(diǎn)內(nèi)的現(xiàn)場監(jiān)控模組；第二部分為位于中控室的集中控制系統(tǒng)。集中控制系統(tǒng)由水閘集中監(jiān)控軟件，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)多屏監(jiān)控系統(tǒng)，聲光告警裝置，不間斷電源UPS供電系統(tǒng)等組成

3 平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

現(xiàn)場監(jiān)控模組由PLC控制系統(tǒng)，全天候高清數(shù)字圖像采集系統(tǒng)，水閘閥控裝置，水位檢測器，網(wǎng)絡(luò)模組，UPS供電系統(tǒng)等組成。建立自動(dòng)檢測水位項(xiàng)目工程，保證水位正常。水利自動(dòng)監(jiān)管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)24小時(shí)自動(dòng)監(jiān)控，是以減少人力投入為基礎(chǔ)，促進(jìn)水位自動(dòng)化管理體系，使用PLC與C語言程序結(jié)合的控制系統(tǒng)。

考核指標(biāo)：

（1）水位檢測：通過現(xiàn)場多個(gè)傳感器檢測現(xiàn)場水位波動(dòng)情況，獲取實(shí)時(shí)水位信息，反映至中控室的集中控制系統(tǒng)。

（2）信號(hào)傳輸：使用屏蔽線以及MODBUS通信協(xié)議進(jìn)行高效，準(zhǔn)確的信號(hào)傳輸，避免干擾以及錯(cuò)誤信息的傳輸。MODbuss是應(yīng)用協(xié)議，有兩種模式ASCII，RTU。傳輸介質(zhì)是網(wǎng)線、串口線。網(wǎng)線需要在TCP傳輸層上包一個(gè)頭，用特殊的502端口。MODBUS的三種方式：TCP、RTU、ASCLL，通訊方式是通過串口形式通訊，走232或485通訊方法，TCP的通訊方法是TCPIP是通過以太網(wǎng)形式通訊，MODBUS包含三種方式：TCP、RTU、ASCLL、ASCLL通訊方式是通過串口形式通訊。

modbus協(xié)議和modbus tcp/ip協(xié)議的區(qū)別，按應(yīng)用協(xié)議的物理方式，Modbus協(xié)議用于串行鏈接，是RS232/422/485的任何一種，有兩種類型：Modbus RTU和Modbus ASCII；Modbus TCP/IP協(xié)議通常用于以太網(wǎng)鏈接，RJ45接口。Modbus協(xié)議是應(yīng)用層協(xié)議，TCP/UDP協(xié)議是傳輸層協(xié)議，不是層級(jí)并列關(guān)系。Modbus協(xié)議像總經(jīng)理，TCP/UDP協(xié)議是公司里的商務(wù)車。若一端用的是Modbus TCP協(xié)議，另一端用TCP協(xié)議，僅是數(shù)據(jù)包到達(dá)另一端，數(shù)據(jù)包沒有得到處理，通信的目標(biāo)沒有完成。Modbus rtu和Modbus tcp兩個(gè)協(xié)議的都是MODBUS協(xié)議，都是靠MODBUS寄存器地址進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；進(jìn)行IP環(huán)境下數(shù)據(jù)傳輸，即一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)出的字節(jié)流無差錯(cuò)的發(fā)到網(wǎng)絡(luò)上其他計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)A接收數(shù)據(jù)包時(shí)，向計(jì)算機(jī)B回發(fā)數(shù)據(jù)包，產(chǎn)生部分通信量，全雙工多路復(fù)用服務(wù)，進(jìn)行端到端傳輸。UDP面向非連接、傳輸不可靠、傳輸少量數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)的Modicon控制器采用RS232C串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU協(xié)議約定好消息、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、命令和應(yīng)答方式，通訊采用Maser/Slave方式。

Modbus協(xié)議要對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，串行協(xié)議要進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，ASCII模式采用LRC校驗(yàn)，RTU模式用16位CRC進(jìn)行校驗(yàn)，Modbus TCP模式?jīng)]有規(guī)定校驗(yàn)，可靠協(xié)議。Modbus協(xié)議包括ASCII、RTU、TCP，S7-200 CPU224 CN 和S7-200 CPU226 CN 進(jìn)行通訊。寫好通訊指令后下載到micro/win里面，S7-200有兩個(gè)通訊口Port0、Port1，兩個(gè)口可以做mobus主站，port0可以做modbus的從站，用PLC進(jìn)行連接時(shí)，Port0連PPI線上，一臺(tái)做主站，一臺(tái)做從站，地址在程序庫中調(diào)用時(shí)在進(jìn)行設(shè)置，先不用接線圖，可以通訊就行，Port0都接在PPI電纜上，CPU224 只有一個(gè)port0口，先把主站程序通過PPI下載到PLC里面，然后把從站指令通過PPI下載到另外的PLC上。若CPU程序運(yùn)行走modbus，編程軟件失去通訊，modbus庫是單獨(dú)下載，要把兩個(gè)PLC的三個(gè)通訊口都接在PPI上，先把224的Port0系統(tǒng)塊地址設(shè)置為2，226的Port0系統(tǒng)塊地址設(shè)置為3，226的Port1地址設(shè)置為4，224的mobus從站地址設(shè)置為2，226的Port0的主站mobus地址為3，在224程序中把一個(gè)mobus訪問區(qū)W100復(fù)制到QW0上，在226程序內(nèi)設(shè)置VW100去和224的VW100同步，下載PLC后，226設(shè)置VW100，224QW0外部DO燈是否按照VW100的數(shù)據(jù)進(jìn)亮燈，即連通。協(xié)議的實(shí)現(xiàn)與編程環(huán)境無關(guān)，用多種語言都可以，如果是嵌入式的用C語言。中控室的集中控制系統(tǒng)分為以下幾點(diǎn)：

（1）信息收集。由現(xiàn)場檢測裝置通過信號(hào)的形式直接連接PLC裝置，以獲取最新的實(shí)時(shí)信息，控制系統(tǒng)以實(shí)時(shí)曲線形式在全天候高清數(shù)字圖像采集系統(tǒng)中反映出來，并且每個(gè)水位檢測裝置都有對應(yīng)的曲線，以便查看不同位置的水位變化情況。水位變化曲線時(shí)間軸可根據(jù)需要調(diào)整。

（2）信息處理與情況分析。系統(tǒng)自動(dòng)把收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，當(dāng)檢測水位達(dá)到限定高水位百分之九十五時(shí)，全天候高清數(shù)字圖像采集系統(tǒng)高水位指示燈閃爍預(yù)警，集中控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)給PLC系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)控制動(dòng)作裝置進(jìn)入預(yù)備放水狀態(tài)，一旦水位高于限定高水位，動(dòng)作裝置啟動(dòng)放水降低水位，直到水位到達(dá)正常范圍；當(dāng)檢測水位達(dá)到限定低水位時(shí)，全天候高清數(shù)字圖像采集系統(tǒng)高水位指示燈閃爍報(bào)警，PLC系統(tǒng)控制動(dòng)作裝置立即補(bǔ)充水量，直到水位到達(dá)正常范圍；當(dāng)水位波動(dòng)范圍過大時(shí)，異常報(bào)警器響起，并且在全天候高清數(shù)字圖像采集系統(tǒng)顯示異常原因、故障點(diǎn)、以及應(yīng)對方案。

（3）記錄入檔。可通過以太網(wǎng)把數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)設(shè)備，以方便入檔。通過全天候高清數(shù)字圖像采集系統(tǒng)事件記錄功能隨時(shí)可翻看過去發(fā)生事件以及每個(gè)測試點(diǎn)水位的變化情況。

篇8

1、引言

MODBUS作為一種簡單易用的通訊協(xié)議已經(jīng)越來越多的應(yīng)用在各類儀器儀表中，下面筆者以西門子公司的S7200PLC通過自由口與ABB公司的ACS510變頻器使用MODBUS協(xié)議進(jìn)行通信為例，對MODBUS通訊的應(yīng)用進(jìn)行敘述，以期達(dá)到拋磚引玉的效果。

2、硬件配置

圖1給出了SIMATIC S7-200CPU與四臺(tái)ABB ACS510變頻器構(gòu)成的MODBUS網(wǎng)絡(luò)。S7-200CPU為主工作站。變頻器1、變頻器2，變頻器3和變頻器4為從工作站。設(shè)置變頻器的通訊協(xié)議參數(shù)9802均為1，即變頻器通過RS485串行通訊口和MODBUS總線相連。設(shè)置通訊速率參數(shù)5303為19.2kb/s。設(shè)置校驗(yàn)方式參數(shù)5304為偶校驗(yàn)，1個(gè)停止位。設(shè)置控制類型參數(shù)5305為 ABB傳動(dòng)簡版。從左到右變頻器1、2、3和4的站地址參數(shù)5302分別設(shè)置為3、4，5和6，并將變頻器4的總線終端電阻DIP開關(guān)置ON。在對變頻器以上參數(shù)設(shè)置完成后應(yīng)對傳動(dòng)重新上電激活，使新地址及通訊協(xié)議生效。

變頻器控制要求：

變頻器分現(xiàn)場和遠(yuǎn)程兩種控制模式，現(xiàn)場控制柜設(shè)置三位置模式選擇開關(guān)，分別為停止、本控和遠(yuǎn)程。在本控模式下啟動(dòng)/停止命令由現(xiàn)場開關(guān)觸發(fā)數(shù)字輸入DI1控制，頻率由現(xiàn)場的電位器改變模擬輸入AI1的輸入電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)選擇遠(yuǎn)程模式時(shí)，數(shù)字輸入DI2接通，通知PLC現(xiàn)變頻器已經(jīng)處于遠(yuǎn)程控制模式。為能夠?qū)崿F(xiàn)以上功能并在人機(jī)界面能夠觀察到變頻器的運(yùn)行頻率和通過模擬輸入AI2輸入的實(shí)際流量，還需要對變頻器其他部分參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，見表1。

3、程序設(shè)計(jì)

3.1 通訊內(nèi)容

主工作站輪流發(fā)送請求報(bào)文到每個(gè)變頻器從工作站，隨之每個(gè)從工作站產(chǎn)生響應(yīng)報(bào)文。PLC主工作站分別對每個(gè)變頻器從工作站進(jìn)行如下操作：

(1)對每個(gè)變頻器的輸出線圈1～3的狀態(tài)進(jìn)行查詢；

(2)查詢變頻器狀態(tài)寄存器40004狀態(tài)字、40005實(shí)際值、40006實(shí)際值和40007實(shí)際值。40005～40007數(shù)據(jù)值對應(yīng)于表1中變頻器參數(shù)5310、5311和5312中的實(shí)際值。

(3)寫變頻器控制字，對變頻器的遠(yuǎn)程啟停進(jìn)行控制。

(4)寫變頻器寄存器，對變頻器的外部2給定進(jìn)行控制。

對一個(gè)變頻器的數(shù)據(jù)全部讀寫完成后，開始對下一站號(hào)變頻器的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫。當(dāng)所有變頻器的數(shù)據(jù)讀寫完成后，主工作站重新開始對最小站號(hào)變頻器的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫。數(shù)據(jù)的傳輸及接受采用PLC自由通訊口模式進(jìn)行，報(bào)文按照modbus的協(xié)議組織。

3.2 通訊格式

MODBUS請求報(bào)文格式如表2。

因在S7-200PLC發(fā)送指令XMT中，發(fā)送緩沖器的第一個(gè)字節(jié)指定的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，從第二個(gè)字節(jié)以后的數(shù)據(jù)為需要發(fā)送的數(shù)據(jù)。因此，結(jié)合MODBUS請求報(bào)文格式，PLC發(fā)送數(shù)據(jù)的格式如表3。

在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信過程中，主工作站輪流發(fā)送請求報(bào)文到每個(gè)從工作站，隨之每個(gè)從工作站必須產(chǎn)生響應(yīng)報(bào)文返回到主工作站。當(dāng)主工作站向從工作站發(fā)送請求報(bào)文和接受從工作站返回的響應(yīng)報(bào)文時(shí)，在主工作站儲(chǔ)存區(qū)開辟了發(fā)送緩沖區(qū)和接受緩沖區(qū)。主工作站向從工作站發(fā)送請求報(bào)文時(shí)，首先對相應(yīng)從工作站輸出緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC運(yùn)算生成校驗(yàn)碼，并將校驗(yàn)碼疊加在輸出緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)之后再傳送到發(fā)送緩沖區(qū)，然后再由發(fā)送指令發(fā)出。建立一個(gè)遠(yuǎn)程循環(huán)結(jié)束標(biāo)志位，當(dāng)響應(yīng)報(bào)文全部接受完成，置該位為ON。主工作站在接受從工作站的響應(yīng)報(bào)文時(shí)，先把響應(yīng)報(bào)文輸入到接受緩沖區(qū)，再把接受緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)傳送到輸入緩沖區(qū)。為此，在主工作站中要留有兩個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，一個(gè)作為報(bào)文請求（輸出緩沖區(qū)），另一個(gè)作為報(bào)文響應(yīng)（輸入緩沖區(qū)）。

在MODBUS RTU通訊協(xié)議中都必須要求有CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)。CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)為兩個(gè)字節(jié)，附加在報(bào)文后面的CRC的值由發(fā)送設(shè)備計(jì)算，當(dāng)放置CRC 值于報(bào)文時(shí)，高低字節(jié)必須交換。首先發(fā)送低位字節(jié)，然后再發(fā)送高位字節(jié)。故此在發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)要比輸出緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)多兩個(gè)CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)字節(jié)。接收設(shè)備在接收報(bào)文時(shí)重新計(jì)算CRC的值，并將計(jì)算結(jié)果于實(shí)際接收到的CRC值相比較。如果兩個(gè)值不相等，則傳送的數(shù)據(jù)為錯(cuò)誤。

3.3 程序描述

SBR0子程序:在PLC上電初始化階段，設(shè)置通訊口為自由口通信方式，并設(shè)置波特率及校驗(yàn)方式，允許全部中斷時(shí)件，并設(shè)置定時(shí)中斷的時(shí)基為20毫秒。在這里設(shè)置波特率為19.2KB/S，偶校驗(yàn)，每字符8個(gè)數(shù)據(jù)。注意必須與從工作站的通訊參數(shù)相同。為輸出和輸入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)地址建立間接尋址指針。并設(shè)置請求報(bào)文的剩余數(shù)目為4,設(shè)置從工作站的查詢剩余數(shù)目為4。

將輸出緩沖區(qū)指針中指出的地址為起始地址的12個(gè)字節(jié)通過塊傳送命令傳送到發(fā)送緩沖區(qū)單元中。并復(fù)位遠(yuǎn)程循環(huán)結(jié)束標(biāo)志位。

對發(fā)送緩沖區(qū)中的報(bào)文進(jìn)行運(yùn)算生成CRC，交換CRC 寄存器中的高低字節(jié)，并將交換完成的CRC 寄存器疊加到發(fā)送緩沖區(qū)中。

啟動(dòng)定時(shí)中斷和發(fā)送中斷，并通過發(fā)送指令將發(fā)送緩沖區(qū)中的請求報(bào)文發(fā)送。

建立跳轉(zhuǎn)入口，標(biāo)號(hào)1。

若循環(huán)未結(jié)束，跳轉(zhuǎn)到標(biāo)號(hào)1。程序不向下執(zhí)行，直至遠(yuǎn)程循環(huán)結(jié)束，標(biāo)志位為ON。

遠(yuǎn)程I/O更新完成，將接受的報(bào)文通過塊傳送命令傳送到接受緩沖區(qū)指針指出的接受緩沖區(qū)中。

修改發(fā)送緩沖區(qū)和接受緩沖區(qū)指針值，指向下一個(gè)輸出和輸入緩沖區(qū)字節(jié)地址。將請求報(bào)文的剩余數(shù)目減1。

當(dāng)請求報(bào)文的剩余數(shù)目為零時(shí)，重新設(shè)置請求報(bào)文的剩余數(shù)目為4,將從工作站的查詢剩余數(shù)目減1。

當(dāng)工作站的查詢剩余數(shù)目為零時(shí)，重新設(shè)置從工作站的查詢剩余數(shù)目為4，為輸出和輸入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)地址重新建立間接尋址指針。

INT_0中斷程序:在接受報(bào)文超時(shí)情況下，禁止接受中斷和接受定時(shí)中斷，置遠(yuǎn)程循環(huán)結(jié)束標(biāo)志位為ON。

INT_1中斷程序:在發(fā)送超時(shí)情況下禁止發(fā)送中斷和發(fā)送定時(shí)中斷，置PLC為STOP模式。

INT_10中斷程序:禁止發(fā)送完成中斷，啟動(dòng)接受定時(shí)中斷INT_0和接受數(shù)據(jù)中斷程序INT_11。

INT_11中斷程序:若接受的首字符（從工作站地址）為從工作站的正確地址，則建立一個(gè)接受字符的地址指針。并把接受到的字符裝入到接受字符指針指出地址中。增加指針的數(shù)值，指向下一個(gè)地址。并啟動(dòng)中斷程序INT_12。

INT_12中斷程序:把接受到的第二個(gè)字符（功能碼）裝入到接受字符指針指出地址中，增加指針的數(shù)值，指向下一個(gè)地址。啟動(dòng)中斷程序INT_13。

INT_13中斷程序:把收到的第三個(gè)字符（字節(jié)數(shù)）裝入到接受字符指針指出地址中，并修改指針值。第三個(gè)字符為接受的不含CRC校驗(yàn)碼字符的總數(shù)目，剩余接受字符數(shù)目為將字節(jié)數(shù)加2，若反饋的功能碼為十六進(jìn)制數(shù)0F，全部剩余字符數(shù)目為5。將全部剩余字符數(shù)目置入到累加器AC1中，當(dāng)累加器AC1為零時(shí)，接收字符也就完成。啟動(dòng)中斷程序INT_14。

INT_14中斷程序:將接受到的字符裝入接受字符指針指出地址中，并修改地址指針值和將將累加器AC1數(shù)值減一。若累加器AC1的數(shù)值為零。則關(guān)閉字符接受中斷和定時(shí)中斷，并將遠(yuǎn)程循環(huán)結(jié)束標(biāo)志位置ON。

4、結(jié)語

該系統(tǒng)自投入在線運(yùn)行以來，系統(tǒng)調(diào)節(jié)迅速且運(yùn)行穩(wěn)定，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果，在助劑添加中具有較高的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]殷洪義.可編程序控制器選擇、設(shè)計(jì)與維護(hù).機(jī)械工業(yè)出版社,2002年.

篇9

在工業(yè)控制中經(jīng)常需要觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)或者修改運(yùn)行參數(shù)。觸摸屏能夠直觀、生動(dòng)地顯示運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，而且通過觸摸屏畫面可以直接修改系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，人機(jī)交互性好。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于工控領(lǐng)域中，與觸摸屏配合，可組成良好的人機(jī)交互環(huán)境。觸摸屏和單片機(jī)通信，需要根據(jù)觸摸屏采用的通信協(xié)議為單片機(jī)編寫相應(yīng)的通信程序。Modbus協(xié)議是美國Modicon公司推出的一種有效支持控制器之間以及控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間進(jìn)行通信的協(xié)議。本文以AT89S51單片機(jī)和威綸通科技有限公司的MT6070iH型觸摸屏為例，介紹其通信程序的開發(fā)過程。

一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

實(shí)現(xiàn)觸摸屏與單片機(jī)的通訊，主要是解決通訊協(xié)議的問題。本文使用開放的Modbus通訊協(xié)議，以觸摸屏作主機(jī)（Master），單片機(jī)作從機(jī)（Slaver）。MT6070iH觸摸屏本身支持Modbus通訊協(xié)議，只要單片機(jī)按照Modbus協(xié)議進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù)，就可以進(jìn)行通信了。觸摸屏與單片機(jī)之間采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口直接連接，傳輸速率設(shè)置為9600bps。圖1為該系統(tǒng)的電路圖。

圖1 系統(tǒng)電路圖

將AT89S51單片機(jī)的TXD、RXD口設(shè)置為異步串行通信模式，經(jīng)過MAX485芯片將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS485電平，再與MT6070iH觸摸屏RS-485 2W接口相連，即完成了硬件連接，其中P3.2作為收發(fā)控制信號(hào)。論文大全。MT6070iH觸摸屏RS-485 2W接口的管腳2為485A，管腳1為485B，管腳5為公共地。

二、如何將MT6070iH設(shè)定成Modbus裝置

將MT6070iH觸摸屏設(shè)定成Modbus裝置（以稱為Modbus Server），單片機(jī)或其它裝置只需使用Modbus協(xié)議，透過RS232/485接口，即可讀寫MT6070iH上的數(shù)據(jù)。將MT6070iH設(shè)定成Modbus裝置的方法如下：

首先需在MT6070iH使用的MTP程序的設(shè)備清單（device table）中增加一個(gè)新的設(shè)備，此時(shí)PLC種類需選擇“MODBUS Server”，PLC接口可以選擇RS232、RS4852W、RS485 4W或Ethernet，這里選擇RS485 2W。如圖2所示。論文大全。

圖2 將MT6070iH設(shè)定成Modbus裝置

當(dāng)接口選擇使用RS485時(shí)，需選擇使用的連接端口（COM1～COM3），并設(shè)定正確的通訊參數(shù)及站號(hào)。這里選擇COM1（9600,N,8,1），站號(hào)設(shè)定為1。

按下“確定”鍵后可以在設(shè)備清單中發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的裝置：MODBUS Server，此時(shí)即完成了Modbus裝置的設(shè)定，在完成MTP檔案的編譯并將獲得的XOB檔案下載到觸摸屏后，即可透過Modbus協(xié)議讀寫MT6070iH上的數(shù)據(jù)。

三、Modbus通信協(xié)議介紹

Modbus通信協(xié)議是一種串行的主從通信協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)里僅有一臺(tái)設(shè)置可作為主機(jī)（稱Master），其它設(shè)備作為從機(jī)（稱Slaver），主機(jī)不需編號(hào)，從機(jī)必須編號(hào)。協(xié)議定義了主機(jī)查詢及從機(jī)應(yīng)答的信息幀格式。論文大全。通信時(shí)，主機(jī)首先向從機(jī)發(fā)出請求信息，符合相應(yīng)地址碼的從機(jī)接收通訊命令，并除去地址碼，讀取信息，如果沒有出錯(cuò)，則執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)，然后把執(zhí)行結(jié)果返給主機(jī)。若從機(jī)接收到的校驗(yàn)碼與本機(jī)計(jì)算的不同，則說明數(shù)據(jù)在通信過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，從機(jī)把這次請求視為無效，功能代碼將被修改以用于指出回應(yīng)消息是錯(cuò)誤的，同時(shí)數(shù)據(jù)段包含了描述此錯(cuò)誤信息的代碼。當(dāng)主機(jī)收到這一信息時(shí)，會(huì)重新發(fā)送請求信息。校驗(yàn)方式分為LCR（傳送數(shù)據(jù)為ACSII時(shí)）校驗(yàn)或CRC（傳送數(shù)據(jù)為二進(jìn)制時(shí)）校驗(yàn)，這里采用CRC校驗(yàn)方式。信息傳輸為異步方式，并以字節(jié)為單位。主從站之間通訊的字格式如下：

字格式（串行數(shù)據(jù)） 10位二進(jìn)制

起始位 1位

數(shù)據(jù)位 8位

奇偶校驗(yàn)位 無

停止位 1位

Modbus協(xié)議可支持ASCII碼或二進(jìn)制格式的數(shù)據(jù)傳輸。ACSII碼方式下每一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)分兩個(gè)字節(jié)傳送，二進(jìn)制方式下用一個(gè)字節(jié)傳送，為了減少數(shù)據(jù)傳輸量，一般選二進(jìn)制數(shù)據(jù)方式。各個(gè)區(qū)允許發(fā)送的字節(jié)均為16進(jìn)制的0～9，A～F。二進(jìn)制信息幀標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)為：

初始結(jié)構(gòu) ≥4字節(jié)的時(shí)間

地址碼 1字節(jié)

功能碼 1字節(jié)

數(shù)據(jù)區(qū) N字節(jié)

錯(cuò)誤校驗(yàn) 16位CRC碼

結(jié)束結(jié)構(gòu) ≥4字節(jié)的時(shí)間

二進(jìn)制模式中，信息開始至少需要3.5個(gè)字符的靜止時(shí)間，依據(jù)使用的波特率，很容易計(jì)算這個(gè)靜止時(shí)間。發(fā)送完最后一個(gè)字符后，也有一個(gè)至少3.5個(gè)字符的靜止時(shí)間，然后才能發(fā)送一個(gè)新的信息。網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備連續(xù)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)上的信息，包括靜止時(shí)間。

四、通信程序的開發(fā)

MT6070iH觸摸屏只支持Bit和Word地址類型，而實(shí)際的單片機(jī)或其它控制器還有Byte、Double Word等表示方法，因此在進(jìn)行通信時(shí)，需要把單片機(jī)和觸摸屏的數(shù)據(jù)進(jìn)行變換。觸摸屏畫面元件讀取地址的設(shè)備類型有LW、0x、1x、3x、4x、RWI、RW等選項(xiàng)。其中，LW表示該元件讀取的是觸摸屏內(nèi)部的地址，如其它元件的地址；0x表示讀取的是控制器的輸出信號(hào)；1x表示讀取的控制器的輸入信號(hào);3x和4x指控制器的寄存器地址類型，其中4x是可讀可寫的，3x是只讀的;RWI、RW都是觸摸屏的內(nèi)部地址，起輔助作用。這里僅以讀寫LW的0地址的數(shù)據(jù)為例說明讀寫過程。

MT6070iH觸摸屏與單片機(jī)以Modbus協(xié)議通信，用到的Modbus功能碼如下：

功能碼 名稱 作用 01 讀取線圈狀態(tài) 取得一組邏輯線圈的當(dāng)前狀態(tài)（ON/OFF) 02 讀取輸入狀態(tài) 取得一組開關(guān)輸入的當(dāng)前狀態(tài)（ON/OFF) 03 讀取保持寄存器 在一個(gè)或多個(gè)保持寄存器中取得當(dāng)前的二進(jìn)制值 04 讀取輸入寄存器 在一個(gè)或多個(gè)輸入寄存器中取得當(dāng)前的二進(jìn)制值 05 強(qiáng)置單線圈 強(qiáng)置一個(gè)邏輯線圈的通斷狀態(tài) 06 預(yù)置單寄存器 把具體二進(jìn)值裝入一個(gè)保持寄存器 1. 串口程序的初始化

使用定時(shí)器1作為波特率發(fā)生器，對串口的初始化程序如下：

void Initial(void)

{

SCON=0x50; //串口方式1，允許接收

TMOD=0x20; //定時(shí)器1方式2

TL1=0xFd; //波特率設(shè)為9600

TH1=0xFd; //存儲(chǔ)定時(shí)器初始值

EA=1; //全局中斷允許

TR1=1; //啟動(dòng)定時(shí)器

}

2. 向MT6070iH觸摸屏LW的0地址寫入數(shù)據(jù)

向MT6070iH觸摸屏LW的0地址寫入數(shù)據(jù)0x3A4B，功能碼為6，程序如下：

void DateWrite(void)

{

ES=0; //關(guān)中斷

unsigned int a;

unsigned int crc;

inData[0]=1; //站號(hào)

inData[1]=6; //功能碼

inData[2]=0; //起始地址高位

inData[3]=0; //起始地址低位

inData[4]=0; //寄存器個(gè)數(shù)高位

inData[5]=1; //寄存器個(gè)數(shù)低位

inData[6]=2; //字節(jié)數(shù)

inData[7]=0x3A; //要寫入數(shù)據(jù)高位

inData[8]=0x4B; //要寫入數(shù)據(jù)低位

crc=0xffff;

crc=calccrc(9,&inData[0]); //根據(jù)前9個(gè)字節(jié)計(jì)算CRC值

inData[9]=crc&0xff; //CRC值低8位

inData[10]=crc>>8; //CRC值高8位

for(a=0;a<11;a++) //共發(fā)送11個(gè)字節(jié)

{

SBUF=inData[a]; //發(fā)送數(shù)據(jù)

while(!TI);

TI=0;

}

ES=1; //開串行口中斷

}

3. 從MT6070iH觸摸屏LW的0地址讀取數(shù)據(jù)

從MT6070iH觸摸屏LW的0地址讀取數(shù)據(jù)，功能碼為3，程序如下：

void DateWrite(void)

{

ES=0; //關(guān)中斷

unsigned int a;

unsigned int crc;

inData[0]=1; //站號(hào)

inData[1]=3; //功能碼

inData[2]=0; //起始地址高位

inData[3]=0; //起始地址低位

inData[4]=0; //寄存器個(gè)數(shù)高位

inData[5]=1; //寄存器個(gè)數(shù)低位

crc=0xffff;

crc=calccrc(6,&inData[0]); //根據(jù)前6個(gè)字節(jié)計(jì)算CRC值

inData[6]=crc&0xff; //CRC值低8位

inData[7]=crc>>8; //CRC值高8位

for(a=0;a<8;a++) //共發(fā)送8個(gè)字節(jié)

{

SBUF=inData[a]; //發(fā)送數(shù)據(jù)

while(!TI);

TI=0;

}

ES=1; //開串行口中斷

}

發(fā)送完讀取數(shù)據(jù)的信息，一旦MT6070iH觸摸屏接收到該信息，經(jīng)過CRC校驗(yàn)，如果沒有錯(cuò)誤，就會(huì)把LW的0地址數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)，共7個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)格式如下：

字節(jié) 數(shù)據(jù)段名稱

1 站號(hào)

2 功能碼

3 讀取字節(jié)數(shù)

4 寄存器數(shù)據(jù)高位

5 寄存器數(shù)據(jù)低位

6 CRC校驗(yàn)碼低位

7 CRC校驗(yàn)碼高位

單片機(jī)接收完這7個(gè)字節(jié)，根據(jù)站號(hào)、功能碼及CRC校驗(yàn)判斷是否正確，如果接收正確，則第4個(gè)字節(jié)和第5個(gè)字節(jié)的值就是所需要的MT6070iH觸摸屏LW的0地址的數(shù)據(jù)。

篇10

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，流量是需經(jīng)常測量和控制的參數(shù)之一，隨著流量計(jì)功能的擴(kuò)展，已經(jīng)把溫度、壓力等變量的采集與流量整合成一個(gè)儀表，完成了原先需要采用流量計(jì)、溫度計(jì)、壓力計(jì)和二次儀表才能完成的功能。現(xiàn)場總線在儀表中的使用日益廣泛起來。目前使用較多的現(xiàn)場總線有基金會(huì)現(xiàn)場總線（Foundation Fieldbus，簡稱FF），基于CAN通信的DeviceNet，以Siemens等為首的PROFIBUS，Rosemount的HART，三菱電機(jī)為主導(dǎo)推出的CC-Link等[1]。現(xiàn)需要在原有的流量儀表上加入Modbus現(xiàn)場總線通信的功能，搭建Modbus現(xiàn)場通信的平臺(tái)，以及制作基于Modbus通信的樣機(jī)。

1 需求分析

需求分析是一個(gè)項(xiàng)目的開端，也是項(xiàng)目建設(shè)的基石。在以往建設(shè)失敗的項(xiàng)目中，80%是由于需求分析的不明確而造成的[2]。因此一個(gè)項(xiàng)目成功的關(guān)鍵因素之一，就是對需求分析的把握程度。渦輪流量計(jì)是運(yùn)用最為廣泛。目前正在進(jìn)行開發(fā)的是智能渦輪流量計(jì)轉(zhuǎn)換器，具備流量系數(shù)的分段修正、可選的溫度壓力補(bǔ)償?shù)裙δ埽枰O(shè)置的參數(shù)和需要讀取的過程變量比前幾代都有明顯的提高。因此亟需采用現(xiàn)場總線的方式對儀表進(jìn)行訪問。

根據(jù)之前的預(yù)研，確定采用RS-485總線加Modbus通信協(xié)議作為智能流量計(jì)轉(zhuǎn)換器的通信方式。使程序?qū)崿F(xiàn)最基本的Modbus通信功能：波特率固定為19200bps，校驗(yàn)為偶校驗(yàn)，能實(shí)現(xiàn)最基本的寄存器讀寫訪問，如Modbus的03號(hào)功能Read Holding Register、04號(hào)功能Read Input Register和06號(hào)功能Write Single Register[3]。

2 概要設(shè)計(jì)

為了能與智能流量計(jì)轉(zhuǎn)換器程序上無縫接軌，在選擇單片機(jī)是使用了與轉(zhuǎn)換器一致的ATmega168芯片。但是為了原型板的搭建方便，盡管在轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中采用了貼片封裝的芯片，此處還是選擇了雙列直插芯片。兩者僅封裝不同，在功能上對于實(shí)現(xiàn)通信功能是完全一致的[4]。對于通信部分RS-485的物理層接口芯片選擇了目前廣泛使用的MAX485芯片。該芯片為MAXIM公司出品，供電電壓為5V[5]。為了配合5V芯片，采用78L05作為整機(jī)的供電。儀表輸入電壓為12V～24V通用。

在ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)模型中，將網(wǎng)絡(luò)分為七層，從下至上依次是：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層。Modbus在串行鏈路RS-485上的實(shí)現(xiàn)采用了其中的三層——物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層[6]。本儀表采用C語言進(jìn)行開發(fā)，支持AVR系列單片機(jī)的C編譯器主要有CodeVisionAVR、AVR-GCC、IAR、ICCAVR等。C語言編譯器由于它具有功能強(qiáng)大、 運(yùn)用靈活、代碼小、運(yùn)行速度快等先天性的優(yōu)點(diǎn)，使得它在專業(yè)程序設(shè)計(jì)上具有不可代替的地位。

3 詳細(xì)設(shè)計(jì)

本儀表采用MAXIM公司的485接口芯片MAX485作為物理層芯片，并連接到ATmega168的通用串行口進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。下圖為整個(gè)儀表原型機(jī)的電路圖：

電路中使用78L05作為穩(wěn)壓芯片，由于設(shè)計(jì)儀表輸入電壓為12V～24V±20%，使用78L05即可滿足需求。D1的作用是防止電源反接燒壞儀表。

物理層除了硬件部分，也包含部分的軟件。這些軟件的功能是將物理層接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)鏈路層，或是將數(shù)據(jù)鏈路層需要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入物理層硬件設(shè)備。這部分軟件的主要功能是操作ATmega168的特殊功能寄存器，將UART收到的數(shù)據(jù)存入特定的緩沖區(qū)，或?qū)⒕彌_區(qū)的數(shù)據(jù)向UART寫入并通過ATmega168發(fā)送。在本次設(shè)計(jì)中，UART的波特率固定為19200bps；數(shù)據(jù)位由于使用Modbus RTU模式，固定為8位，停止位1位；奇偶校驗(yàn)采用偶校驗(yàn)。

3.1數(shù)據(jù)鏈路層軟件

根據(jù)MODBUS Application Protocol Specification V1.1b的描述，Modbus協(xié)議定義了一種簡單的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（Protocol Data Unit，PDU），它是與下層通訊協(xié)議（如RS485、以太網(wǎng)等）無關(guān)的。而下層特定的數(shù)據(jù)單元將Modbus PDU進(jìn)行封裝，并被命名為應(yīng)用數(shù)據(jù)單元（Application Data Unit，ADU），如下圖所示：

數(shù)據(jù)鏈路層在一個(gè)Modbus設(shè)備中的功能是在物理層和應(yīng)用層間建立一個(gè)聯(lián)系，將物理層接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過地址域的比對和錯(cuò)誤校驗(yàn)（此處使用的是CRC校驗(yàn)）后，去除地址域和錯(cuò)誤校驗(yàn)部分后，將其中的Modbus PDU部分提供給應(yīng)用層；或者將應(yīng)用層需要發(fā)送的Modbus PDU經(jīng)過打包，加入地址域和錯(cuò)誤校驗(yàn)后，生成Modbus Serial Line PDU后，由物理層進(jìn)行發(fā)送。由于Modbus是基于命令-響應(yīng)的主-從機(jī)制，因此在從機(jī)（Modbus設(shè)備）中，不需要實(shí)現(xiàn)重發(fā)機(jī)制。

在MODBUS over Serial Line Specification and Implementation Guide中規(guī)定了兩種傳輸模式——RTU模式和ASCII模式。本儀表采用了RTU模式。由于本儀表使用Modbus over RS-485的RTU模式，因此需要實(shí)現(xiàn)CRC校驗(yàn)。Modbus規(guī)定了CRC生成多項(xiàng)式為X16+X15+X2+1，CRC寄存器初始值為全1（0xFFFF）。

CRC校驗(yàn)的程序如圖4所示。

該段程序的作用是計(jì)算從buf開始，長度為len的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的CRC校驗(yàn)。其中，函數(shù) _crc16_update為AVRGCC的C語言運(yùn)行庫avr-libc自帶的高效CRC計(jì)算代碼，使用了內(nèi)嵌匯編實(shí)現(xiàn)，具體代碼在頭文件util/crc16.h中。

4 調(diào)試與測試

在開發(fā)過程中，調(diào)試與測試是兩個(gè)既有區(qū)別又有聯(lián)系的概念。在一般的情況下，當(dāng)開發(fā)過程進(jìn)入編碼階段后，就需要不斷的進(jìn)行調(diào)試，來確保每個(gè)功能塊的錯(cuò)誤是最少的。而當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)基本完成或可運(yùn)行后，就可以對系統(tǒng)進(jìn)行測試。可以說，測試是偏向于系統(tǒng)級(jí)的，而調(diào)試是基于模塊或更低的層次（從硬件上說是芯片或電路，從軟件上說是代碼）來說的。在測試中發(fā)現(xiàn)了問題，又需要采用調(diào)試來對錯(cuò)誤進(jìn)行定位和修正。

4.1 測試平臺(tái)簡介

本設(shè)計(jì)主要是基于單片機(jī)的，但是為了實(shí)現(xiàn)通訊功能，還需要與上位機(jī)進(jìn)行配合。上位機(jī)可以是個(gè)人電腦、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或PLC（Programmable Logic Controller，可編程控制器）等，通過RS-485總線與儀表進(jìn)行通信。

在物理連接上，通過PC機(jī)的串行口連接一個(gè)RS-232轉(zhuǎn)RS-485的無源轉(zhuǎn)換器，通過約2米的電纜連接兩臺(tái)儀表。為了模擬比較惡劣的環(huán)境，沒有使用雙絞線，而直接采用兩根電線進(jìn)行連接。并在導(dǎo)線兩頭分別接上120Ω的終端電阻。使用兩臺(tái)儀表的目的是試驗(yàn)Modbus下的多機(jī)通信。

4.2 硬件電路調(diào)試

本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)較為簡單，單純從硬件上來劃分，可以分為3塊：供電，控制和通信接口。首先不插入ATmega168和MAX485芯片，給表頭分別加12V和24V供電，測試供電電流和78L05的輸出電壓，確認(rèn)正常后，插入ATmega168和MAX485芯片再進(jìn)行供電電流和電壓的測量，結(jié)果如下：

4.3 系統(tǒng)測試

在Modbus應(yīng)用層協(xié)議處理的代碼編寫完成后，整個(gè)系統(tǒng)就初具雛形了，能進(jìn)入系統(tǒng)測試階段了。系統(tǒng)測試將從正常數(shù)據(jù)處理、異常數(shù)據(jù)處理和大數(shù)據(jù)量處理這三個(gè)方面來進(jìn)行。

本測試主要依靠Modbus Tester軟件，通過讀、寫不同的寄存器來實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證。首先進(jìn)行Input Register的讀操作，對總線上的兩臺(tái)儀表分別進(jìn)行，查看讀取的數(shù)據(jù)是否正確。然后進(jìn)行Holding Register的讀操作，驗(yàn)證數(shù)據(jù)是否被正常讀取。最后進(jìn)行Holding Register的寫操作，驗(yàn)證數(shù)據(jù)寫入正確，再通過讀操作讀回寄存器的值，看是否與寫入的一致。

4.4 異常情況處理

作為一個(gè)健壯的系統(tǒng)，除了需要對正確的請求作出響應(yīng)，在各種異常情況下，也需要能夠有正確的反應(yīng)，至少不能造成程序跑飛等不可逆轉(zhuǎn)的情況發(fā)生。對于工業(yè)控制領(lǐng)域來說，這是尤為重要的。

以本系統(tǒng)為例，可能出現(xiàn)的異常情況有：

1）Modbus發(fā)送了錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包，如錯(cuò)誤的功能碼或寄存器地址等；

2）數(shù)據(jù)包奇偶校驗(yàn)錯(cuò)或CRC出錯(cuò)。

第一項(xiàng)可以通過Modbus Tester軟件來完成，通過設(shè)置無效的功能碼（如讀線圈的功能本系統(tǒng)沒有實(shí)現(xiàn)，可以作為無效的功能碼來進(jìn)行測試）和錯(cuò)誤的寄存器地址或長度，應(yīng)當(dāng)能看到儀表返回Modbus的異常響應(yīng)數(shù)據(jù)包。

第二項(xiàng)的奇偶校驗(yàn)部分，也是通過Modbus Tester來實(shí)現(xiàn)的。通過設(shè)置通信參數(shù)，將校驗(yàn)位設(shè)為“奇校驗(yàn)”與“無校驗(yàn)”后，儀表不應(yīng)再有返回?cái)?shù)據(jù)包。CRC出錯(cuò)部分，通過串口調(diào)試軟件進(jìn)行。先通過串口調(diào)試軟件發(fā)送一個(gè)正常的數(shù)據(jù)包請求，此時(shí)儀表應(yīng)能有響應(yīng)。然后修改其中某一個(gè)數(shù)據(jù)，使得CRC校驗(yàn)失效，此時(shí)再發(fā)送數(shù)據(jù)包，儀表應(yīng)不響應(yīng)。再將數(shù)據(jù)改回原值后，儀表應(yīng)能繼續(xù)正常響應(yīng)。

5 結(jié)束語

經(jīng)過幾個(gè)月的開發(fā)，從測試結(jié)果來看，目前基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了儀表以Modbus通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，而不足之處在于目前僅實(shí)現(xiàn)了固定的波特率和校驗(yàn)位，而以后應(yīng)該改成可設(shè)置；目前也沒有考慮程序占用CPU時(shí)間，而最終的流量計(jì)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)中，需要考慮整個(gè)系統(tǒng)的中斷響應(yīng)時(shí)間和執(zhí)行效率等，從而真正實(shí)現(xiàn)智能流量計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的通信應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陽憲惠.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999.

[2] 張海藩.軟件工程導(dǎo)論[M]. 4版.北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[3] Modbus-IDA.MODBUS Application Protocol Specification V1.1b.Dec 28， 2006.http：///docs/Modbus_Application_Protocol_V1_1b.pdf.

[4] ATMEL Corporation.ATmega48/88/168 Datasheet （revision M）.09/2007.http：///dyn/resources/prod_documents/doc2545.pdf.

篇11

0.前言

錢家營礦的涌水量比較大，共設(shè)置了3個(gè)水平的泵房，伴隨著全自動(dòng)化礦井的建設(shè)，需要對-600水泵房和-850水泵房進(jìn)行升級(jí)改造，水泵和電機(jī)的溫度參數(shù)保證著水泵的安全運(yùn)行，每個(gè)水泵房共設(shè)置10臺(tái)排水泵，每臺(tái)水泵通過YBD-200溫度巡檢儀進(jìn)行溫度采集，該儀表采用的是modbus協(xié)議通過RS485總線接口傳輸?shù)絇LC，經(jīng)過PLC處理，傳輸?shù)降孛嫔衔粰C(jī)實(shí)時(shí)顯示。

1.溫度巡檢儀通信協(xié)議

YBD200型儀表采用的是標(biāo)準(zhǔn)modbus協(xié)議，RTU傳輸模式。Modbus協(xié)議是一種主-從通信協(xié)議。任何時(shí)刻只有一個(gè)設(shè)備能夠在線路上進(jìn)行發(fā)送。由主站點(diǎn)管理信息交換，且只有它能發(fā)起。它會(huì)相繼對從站進(jìn)行輪詢。除非被主站批準(zhǔn)，否則任何從站都不能發(fā)送消息。從站之間不能進(jìn)行直接通信。協(xié)議幀中不包含任何消息報(bào)頭字節(jié)或消息字節(jié)結(jié)束符。

1.它的定義如下（見表1）：

從站地址：消息中的地址包含一個(gè)字節(jié)，從站地址范圍是1…255。主設(shè)備通過將要聯(lián)絡(luò)的從設(shè)備的地址放入消息中的地址域來選通從設(shè)備。當(dāng)從設(shè)備發(fā)送回應(yīng)消息時(shí)，它把自己的地址放入回應(yīng)的地址域中，以便主設(shè)備知道是哪一個(gè)設(shè)備做出回應(yīng)。數(shù)據(jù)：以二進(jìn)制代碼傳輸。CRC16：循環(huán)冗余錯(cuò)誤校驗(yàn)。采用的是9600bps的波特率。字節(jié)數(shù)據(jù)格式：一位起始位，八位數(shù)據(jù)位，一位偶校驗(yàn)位，一位停止位。從站地址編號(hào)：儀表地址必須在1～255之間，且同一總線上，每個(gè)儀表的地址不可重復(fù)。當(dāng)字符間隔時(shí)間長于或等于3.5個(gè)字符時(shí)，即作為檢測到幀的結(jié)束。

2.讀取寄存器

主站請求（表2）：

從站響應(yīng)（表3）：

例如溫度巡檢儀的地址為10，利用串口調(diào)試軟件Com Monitor，進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)：0A 03 00 00 00 07 05 73得到的數(shù)據(jù)為：0A 03 0E 00 C6 00 BA 01 0B 01 3C 01 8F 01 8F 01 8F DC ED，表示該儀表通信正常。

3.硬件組成和接線

水泵的電控系統(tǒng)主要由一臺(tái)集控柜和10臺(tái)就地柜等組成，集控柜安裝有315-2DP的CPU模塊和CP343-1的以太網(wǎng)模塊、CP340-RS422/RS485通信模塊以及數(shù)字量、模擬量輸入輸出模塊等，溫度探頭選用的是Pt100鉑電阻類型的，把7點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)接到Y(jié)BD-200型溫度巡檢儀對應(yīng)的端子上，一共采集10臺(tái)水泵的溫度數(shù)據(jù)，每塊溫度巡檢儀均通過RS485總線接至集控柜中CP340-RS422/RS485的接口上，把10塊溫度巡檢儀的A端并聯(lián)的一起接到CP340-RS422/RS485的1#端子，B端并聯(lián)的一起接到CP340-RS422/RS485的2#端子即可，并且需要把CP340-RS422/RS485的5#端子進(jìn)行接地處理，抗干擾能力強(qiáng)。

4. PLC程序的編寫

現(xiàn)場使用YBD-200型溫度巡檢儀的地址編號(hào)為4-13，為了防止數(shù)據(jù)的讀取錯(cuò)誤，編寫主站PLC程序時(shí)，可通過增計(jì)數(shù)器進(jìn)行從站地址4-13的輪詢，并設(shè)置0.5s時(shí)鐘寄存器進(jìn)行控制。為了保證發(fā)送報(bào)文的準(zhǔn)確性，發(fā)送報(bào)文之前先利用事先編好CRC校驗(yàn)子程序檢驗(yàn)一下，CRC校驗(yàn)子程序采用的是CRC16算法。

PLC與溫度巡檢儀主要通過調(diào)用FB2、FB3系統(tǒng)塊實(shí)現(xiàn)主從站的請求和讀取功能。需要注意的是，調(diào)用FB2、FB3時(shí)，地址為CP340-RS422/RS485硬件組態(tài)時(shí)的地址352；主站請求時(shí)從DB3數(shù)據(jù)塊中的DBB0字節(jié)開始調(diào)用，字長為8。主站讀取從站數(shù)據(jù)時(shí)，從DB8數(shù)據(jù)塊中的DBB0字節(jié)開始寫入，DB8塊數(shù)據(jù)先進(jìn)行CRC子程序檢驗(yàn)其正確性，然后再編程實(shí)現(xiàn)分組對應(yīng)到DB7數(shù)據(jù)塊中，從DB7.DBD0字節(jié)定義存儲(chǔ)溫度巡檢儀4#地址數(shù)據(jù)，依次是電機(jī)前軸、電機(jī)后軸、泵前軸、泵后軸、定子A相、定子B相、定子C相。依次類推，從DB7.DBD28開始存儲(chǔ)5#地址的7點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)，一共存儲(chǔ)10臺(tái)水泵的溫度參數(shù)。

通過CP343-1以太網(wǎng)模塊將PLC中的數(shù)據(jù)可以全部接入全礦自動(dòng)化平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，上位機(jī)利用西門子公司的wincc6.2進(jìn)行編寫繪制，通過編程實(shí)現(xiàn)將DB7中的溫度數(shù)據(jù)全部讀取到wincc中，同時(shí)也可以增加其他的故障信息。

結(jié)語

本文通過modbus協(xié)議RS485總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場溫度的采集，但在現(xiàn)場使用中發(fā)現(xiàn)，溫度巡檢儀的地址是固化的，如若巡檢儀損壞后，互換性較差，先已進(jìn)行溫度巡檢儀的升級(jí)，使每臺(tái)溫度巡檢儀的地址可在0～255之間任意調(diào)整，并將溫度巡檢儀使用的RS485總線模塊更換為MAX485具有光電隔離功能，大大增加了設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

篇12

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(dòng)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(jì)：截止到2007年，Modbus的節(jié)點(diǎn)安裝數(shù)量已經(jīng)超過了1000萬個(gè)。

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(qiáng)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(xiàng)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(jī)采用安裝有Intouch軟件的工控機(jī)，下位機(jī)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(kuò)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(shí)，Modbus協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。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(hào)位、傳輸波特率、奇偶校驗(yàn)。控制器能直接或經(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(jī)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(gè)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(diǎn)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(gè)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(gè)選項(xiàng)；Word Length默認(rèn)8位；Parity奇偶校驗(yàn)，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(shí)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(diǎn)擊OK按鈕，一切正常情況下，即可實(shí)現(xiàn)通訊，會(huì)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(jī)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(gè)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(dòng)。模塊內(nèi)部具有5000個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)。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(dòng)，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(diǎn)特征。然后主站設(shè)備向模塊節(jié)點(diǎn)地址發(fā)送讀或?qū)懙拿睿丝隍?qū)動(dòng)在接收前進(jìn)行驗(yàn)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(jì)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(jī)附帶了一張光盤，上面會(huì)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?yàn)樗{(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，以確保可以正常通訊。目前泵站管理所對儀表為只讀不寫。

1）以17.0版本樣例程序?yàn)槔贛onitor Tags模式下，點(diǎn)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(gè)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(gè)數(shù)組，每個(gè)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(huì)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(shí)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(jī)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(diǎn)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(hù)器和LOGIX5000的PLC通訊，均通過這些方法得到了實(shí)現(xiàn)。其中綜合保護(hù)器讀取了電機(jī)繞組及軸承7個(gè)溫度、電壓、電流、功率、電量參數(shù)、電機(jī)電能參數(shù)等多個(gè)信號(hào)，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(hào)，這樣可以去除雷擊對信號(hào)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(gè)泵站目前均實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程集約化監(jiān)控，絕大多數(shù)泵站實(shí)現(xiàn)了無人值守模式的運(yùn)行，在極大程度提高了設(shè)備監(jiān)控水平的同時(shí)，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)

[1]任勝杰.電氣控制與PLC系統(tǒng). 機(jī)械工業(yè)出版社， 2013.

篇13

1引言目前，鐵路罐車主要通過機(jī)械式碰撞的方式來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝卸，具有噪聲大、易磨損、維護(hù)工作量大等缺點(diǎn)。文獻(xiàn)[1]提出了一種通過跟蹤RFID接收最大場強(qiáng)值進(jìn)行定位的方式，其定位精度可滿足罐車自動(dòng)裝卸的需要，從而開拓了RFID的應(yīng)用方式，即將RFID用作位置傳感器。該方式將無線通信、有線通信、位置識(shí)別于一體，極大地簡化了列車自動(dòng)裝卸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。該方法由地面閱讀器作位置信標(biāo)，當(dāng)移動(dòng)的標(biāo)簽最接近閱讀器時(shí)，標(biāo)簽接收場強(qiáng)最大，通過跟蹤此最大場強(qiáng)，可知標(biāo)簽當(dāng)前的位置。由于每個(gè)地面定點(diǎn)閱讀器的信標(biāo)信息不一樣，因此，標(biāo)簽可隨時(shí)獲取到達(dá)位置的信息，并將此信息通過RS485發(fā)送給PLC控制器，完成指定的裝卸動(dòng)作。該控制方式提高了灌裝流動(dòng)貨物裝卸的自動(dòng)化程度，使鐵路貨場裝卸技術(shù)裝備水平得到提高。在文獻(xiàn)中[1]]中，PLC與RFID電子標(biāo)簽通信采用基于RS485接口的自定義通信協(xié)議，該協(xié)議采用多對一的方式，雖然通過合理安排，完成該系統(tǒng)的通信任務(wù)沒有問題，但理論上存在數(shù)據(jù)傳輸不可靠的缺點(diǎn)，尤其是在將來進(jìn)行應(yīng)用拓展，定點(diǎn)位置比較密集，定位點(diǎn)比較多的情況下，其隱患會(huì)更加突出。

基于此控制系統(tǒng)中的不足，本文對基于MODBUS協(xié)議的PLC與RFID電子標(biāo)簽通信方式進(jìn)行了研究。MODBUS協(xié)議是目前工業(yè)中普遍使用的通信標(biāo)準(zhǔn)，該協(xié)議的可靠性進(jìn)過了實(shí)踐驗(yàn)證，其輪詢工作方式不僅可以避免通信過程中數(shù)據(jù)丟失情況的發(fā)生，同時(shí)也便于該技術(shù)在定位點(diǎn)距離更密集，定位點(diǎn)更多情況下的應(yīng)用，使該系統(tǒng)的控制更可靠，通用性更強(qiáng)。

計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化2013年6月

第32卷第2期嚴(yán)政新等：基于MODBUS協(xié)議的PLC與RFID電子標(biāo)簽通信方式的研究

2通信方式總體方案設(shè)計(jì)

PLC與RFID電子標(biāo)簽通信方式原理：在RFID電子標(biāo)簽中移植MODBUS協(xié)議，PLC通過MODBUS協(xié)議讀取RFID電子標(biāo)簽的狀態(tài)，并通過RS485接口與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

3.1MODBUS總線協(xié)議

MODBUS總線協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。MODBUS協(xié)議[9]完全公開、實(shí)現(xiàn)簡單、硬件要求低、可靠性好等特點(diǎn)，可使不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控，所以在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用[2]。

MODBUS協(xié)議通信使用主從技術(shù)，即僅一設(shè)備（主設(shè)備）能初始化，查詢其它設(shè)備（從設(shè)備），從設(shè)備根據(jù)主設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)請求作出相應(yīng)應(yīng)答。MODBUS協(xié)議建立了主設(shè)備查詢的格式：設(shè)備地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤檢測域。從設(shè)備的回應(yīng)消息也由MODBUS協(xié)議數(shù)據(jù)包構(gòu)成，包括確認(rèn)要行動(dòng)的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和一個(gè)錯(cuò)誤檢測域。如果在消息接收過程中發(fā)生錯(cuò)誤，或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令，從設(shè)備將建立一個(gè)錯(cuò)誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去[3]。

3.2MODBUS協(xié)議在MSP430單片機(jī)中的移植

MSP430系列單片機(jī)是一種超低功耗的混合信號(hào)控制器。具有16位RISC結(jié)構(gòu)，有著豐富的片內(nèi)資源[4][5]。符合MODBUS協(xié)議移植要求。所謂移植就是根據(jù)MODBUS協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)在MSP430上編程實(shí)現(xiàn)。圖2為MODBUS協(xié)議移植程序流程圖。MSP430單片機(jī)上電，完成時(shí)鐘、串口、定時(shí)器、I/O口初始化，開串口中斷，然后等待接收MODBUS協(xié)議信息幀，接收完并作CRC校驗(yàn)碼匹配，CRC校驗(yàn)匹配正確則解析該數(shù)據(jù)包，提取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，否則返回一帶異常碼的數(shù)據(jù)，對這些響應(yīng)的數(shù)據(jù)做CRC計(jì)算，合成為響應(yīng)的MODBUS協(xié)議信息幀，然后發(fā)送給主機(jī)，進(jìn)入下一個(gè)MODBUS協(xié)議信息幀的等待接收狀態(tài)。

4PLC與RFID電子標(biāo)簽通信機(jī)制

MODBUS協(xié)議采用輪詢工作機(jī)制[10]，在MSP430單片機(jī)上移植了MODBUS協(xié)議后，主站PLC對RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行狀態(tài)查詢，完成兩者基于MODBUS協(xié)議的輪詢工作。圖3為具體的工作機(jī)制原理圖，該輪詢機(jī)制可詳述為：將3個(gè)RFID電子標(biāo)簽分別設(shè)置為電子標(biāo)簽1，電子標(biāo)簽2，電子標(biāo)簽3。輪詢工作開始后，PLC發(fā)送MODBUS協(xié)議信息幀到電子標(biāo)簽1，電子標(biāo)簽1根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)請求，提取數(shù)據(jù)之后，組成一帶校驗(yàn)碼的MODBUS協(xié)議信息幀返回給PLC；PLC收到信息幀后，接著發(fā)送下一MODBUS協(xié)議信息幀到電子標(biāo)簽2，電子標(biāo)簽2也根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)請求，提取數(shù)據(jù)之后，打包成一帶校驗(yàn)碼的MODBUS協(xié)議信息幀返回給PLC；PLC收到信息幀后，同樣發(fā)送一MODBUS協(xié)議信息幀到電子標(biāo)簽3，電子標(biāo)簽3也根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)請求，提取數(shù)據(jù)之后，也組成一帶校驗(yàn)碼的MODBUS協(xié)議信息幀返回給PLC，就此就完成了一次輪詢。一次輪詢完成后，然后開始下一次輪詢[6]。PLC依據(jù)多次輪詢的結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并作出相應(yīng)的動(dòng)作控制。該輪詢機(jī)制極大的改善了數(shù)據(jù)丟失的情況，多次輪詢使得整個(gè)控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確度也有了極大的提高。

5實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)中，將三個(gè)RFID電子標(biāo)簽的ID號(hào)分別定義為01，02，03。3個(gè)閱讀器的編號(hào)定義為1，2，3，當(dāng)各RFID電子標(biāo)簽與各閱讀器之間的位置發(fā)生改變時(shí)，3個(gè)RFID電子標(biāo)簽通過接收主站的信息，將感應(yīng)到場強(qiáng)值（RSSI值）的變化和定點(diǎn)位置的變化；RFID電子標(biāo)簽相應(yīng)RSSI值寄存器會(huì)隨之發(fā)生改變，從接收到的信息可知是哪個(gè)定點(diǎn)位置。PLC通過MODBUS協(xié)議去輪詢RFID電子標(biāo)簽的RSSI值寄存器和閱讀器編號(hào)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，然后作出相應(yīng)的的動(dòng)作控制[1]。圖4是使用串口調(diào)試助手采集到的數(shù)據(jù)。采集的數(shù)據(jù)為完整的MODBUS協(xié)議信息幀，其中“01”為RFID電子標(biāo)簽1的ID號(hào)，“03”為MODBUS協(xié)議讀寄存器功能碼，“02”為返回?cái)?shù)據(jù)的長度，“FF 94”為RSSI值的十六進(jìn)制，“FB 1B”為CRC校驗(yàn)碼[8]。相應(yīng)的“02 03 02 FF 8F FC 10”為RFID電子標(biāo)簽2返回的MODBUS協(xié)議信息幀，“03 03 02 FF 92 01 D9”為RFID電子標(biāo)簽3返回的MODBUS協(xié)議信息幀。通過采集到的數(shù)據(jù)可以看出，PLC和RFID電子標(biāo)簽之間完成了輪詢的工作機(jī)制，其中第一排數(shù)據(jù)為第一次輪詢，第二排數(shù)據(jù)為第二次輪詢。為簡化實(shí)驗(yàn)，定義：當(dāng)RFID電子標(biāo)簽與閱讀器處在同一垂直位置時(shí)，兩者之間的距離為0（即到達(dá)指定位置）；當(dāng)RFID電子標(biāo)簽在閱讀器左邊位置時(shí)，兩者之間的距離為負(fù)；當(dāng)RFID電子標(biāo)簽在閱讀器的右邊位置時(shí)，兩者之間的距離為正。表1是PLC對RFID電子標(biāo)簽多次輪詢得到的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)3個(gè)RFID電子標(biāo)簽和3個(gè)相應(yīng)的閱讀器都處于同一垂直位置時(shí)，即兩者之間距離為0，此時(shí)RSSI值最強(qiáng)。通過輪詢?nèi)齻€(gè)場強(qiáng)值，就可以準(zhǔn)確定位出兩者之間相應(yīng)的位置，然后依據(jù)相應(yīng)的位置就可以進(jìn)行準(zhǔn)確的PLC I/O控制，從而實(shí)現(xiàn)各種所需動(dòng)作的控制。

6結(jié)束語

本文研究的基于MODBUS協(xié)議的PLC與RFID電子標(biāo)簽的通信方式，運(yùn)用到列車自動(dòng)裝卸系統(tǒng)中，不僅規(guī)范了系統(tǒng)的通信協(xié)議，而且解決了通信過程中數(shù)據(jù)丟失和系統(tǒng)通用性等問題。輪詢機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)后臺(tái)處理，通過修改相關(guān)參數(shù)來完成系統(tǒng)的修正工作，相當(dāng)大的提高了系統(tǒng)調(diào)試的方便性，是系統(tǒng)能更有效地實(shí)現(xiàn)罐車的準(zhǔn)確定位和自動(dòng)裝卸。

參考文獻(xiàn)

[1]吳利清，王英健.基于RFID技術(shù)的車輛行程定位系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化，2011，30（1）：39-44.

[2]張錚，劉曉偉.基于PLC的MODBUS通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，25（4）：20-22.

[3]孟華，王鵬達(dá).基于MODBUS協(xié)議的觸摸屏與PIC單片機(jī)的通信實(shí)現(xiàn)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2009，10：58-61.

[4]謝楷，趙建.MSP430系列單片機(jī)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[5]胡大可.MSP430系列單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)與開發(fā)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.

[6]舒凱.基于MODBUS-RTU協(xié)議的PLC多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測，2008，32（2）：66-69.

[7]張琦，張英.PC機(jī)與MSP430單片機(jī)串行通信的實(shí)現(xiàn)方法[J].中國工程機(jī)械學(xué)報(bào)，2007，5（1）：22-25.