引言 廣東某鉛鋅礦運轉(zhuǎn)工區(qū)的空氣壓縮機(jī)組是采礦生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，共有六臺進(jìn)口的英格索蘭CENTAC空氣壓縮機(jī)，它的運行穩(wěn)定與否直接關(guān)系到整個礦區(qū)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。 原上位機(jī)監(jiān)控軟件為英格索蘭公司的CEM2.52，由于其數(shù)據(jù)處理量大，數(shù)據(jù)更新速度慢；并且軟件必須運行在Windows英文版操作平臺上，操作人員很難看懂英文數(shù)據(jù)，軟件版本也無法升級；另外，上位機(jī)的報警功能失效，遠(yuǎn)程操作與管理功能無法實現(xiàn)，造成操作人員無法及時發(fā)現(xiàn)問題，處理突發(fā)事件。為了解決上述存在的問題，提高生產(chǎn)自動化程度，決定對空氣壓縮機(jī)組原有的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造。控制系統(tǒng)間的通訊是改造過程中的難點，本文介紹了采用Modbus通訊協(xié)議實現(xiàn)上述通訊的方法，采用力控組態(tài)軟件開發(fā)了空氣壓縮機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了空氣壓縮機(jī)組的智能化控制，使得空氣壓縮機(jī)運轉(zhuǎn)穩(wěn)定、可靠、精度高、維護(hù)方便，而且保證了礦區(qū)的安全生產(chǎn)，具有直接的經(jīng)濟(jì)效益。 1 Modbus通訊協(xié)議 1．1協(xié)議 Modbus協(xié)議是由MODICON公司為其控制器設(shè)計的一種可靠而有效的工業(yè)控制系統(tǒng)通信協(xié)議。從功能上看，可以認(rèn)為是一種現(xiàn)場總線[1]。Modbus協(xié)議定義了消息域格式和內(nèi)容的公共格式，使控制器能認(rèn)識和使用消息結(jié)構(gòu)，而無需考慮通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它描述了一個控制器訪問其它設(shè)備的過程。當(dāng)采用Modbus協(xié)議通信時，此協(xié)議規(guī)定每個控制器需要知道自己的設(shè)備地址，識別按地址發(fā)來的消息，如何響應(yīng)來自其它設(shè)備的請求，如何偵測錯誤并記錄。其數(shù)據(jù)通訊采用主—從方式，主機(jī)只能有1臺，每個從機(jī)都有指定的地址，地址范圍在0～247之間（其中0為廣播地址），只有主機(jī)具有主動權(quán)，從機(jī)只能對主機(jī)發(fā)送的命令作出響應(yīng)。當(dāng)主機(jī)端發(fā)出數(shù)據(jù)請求消息（查詢）時，從機(jī)端接收到正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到主機(jī)端以響應(yīng)請求；主機(jī)端也可以直接發(fā)消息修改從機(jī)端的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)讀和寫。查詢—回應(yīng)周期如圖1。如果采用廣播方式（地址為0）查詢，從機(jī)不作任何回應(yīng)。 1．2 信息塊格式 Modbus通訊時主機(jī)發(fā)出的指令字符串的通常格式如表1。 從機(jī)地址：主機(jī)指明的接收命令的從機(jī)地址。 功能碼：功能碼決定本次通訊要求從機(jī)執(zhí)行的動作，功能碼占1個字節(jié)，MODBUS可能的功能代碼范圍是十進(jìn)制的1～255。其中有些代碼適用于所有的控制器，有些是針對某種MODICON控制器，有些是為用戶保留或備用。表2為Modbus協(xié)議規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)功能碼，某些設(shè)備的Modbus協(xié)議只兼容其中的一部分功能碼，表中的功能碼為16進(jìn)制數(shù)。 數(shù)據(jù)起始地址：通訊時讀出、寫入數(shù)據(jù)的起始地址。Modbus有多種批量數(shù)據(jù)操作功能碼，可同時讀出或?qū)懭攵鄠€具有連續(xù)地址的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)起始地址占用2個字節(jié)。 數(shù)據(jù)量：命令中進(jìn)行讀出或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)數(shù)量，這些數(shù)據(jù)從起始地址開始連續(xù)地址排列，在對模擬量進(jìn)行操作時，每個數(shù)據(jù)具有2字節(jié)；在對數(shù)字量進(jìn)行操作時每8個數(shù)據(jù)為1個字節(jié)。數(shù)據(jù)量占用2個字節(jié)。 1．3數(shù)據(jù)格式 Modbus通訊協(xié)議規(guī)定了2種通訊方式。RTU（REMOTE TERMINAL UNIT）方式通訊采用8位字節(jié)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)通訊，數(shù)據(jù)校驗采用CRC循環(huán)冗余校驗，通訊速度較快；ASCII方式采用7位ASCII碼進(jìn)行通訊，數(shù)據(jù)校驗采用LRC邏輯冗余校驗，通訊速率較慢。在一個通訊系統(tǒng)中，只能選用一種通訊方式，兩種方式不能并用。為了減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量，在我們的應(yīng)用系統(tǒng)中一般使用RTU通訊方式。 2 系統(tǒng)的硬件組成 下位監(jiān)控站采用六個英格索蘭單片機(jī)對六臺空氣壓縮機(jī)進(jìn)行控制，包括對壓力、振動、溫度，油溫、油壓等參數(shù)的監(jiān)控，每個單片機(jī)外接一個通用通訊模塊，上位監(jiān)控站采用工控機(jī)，由于現(xiàn)場控制站與工控機(jī)相距60m左右，使用RS485/RS232 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器與現(xiàn)場控制站采用RS485總線，工控機(jī)與轉(zhuǎn)換器之間采用RS232總線，這樣既解決了傳輸距離過遠(yuǎn)而無法連接問題，也提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。其硬件組成Modbus通訊網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。軟件平臺采用WindowsXP，選用三維科技有限公司的力控組態(tài)軟件。 3 力控的I/O驅(qū)動配置 在使用力控軟件進(jìn)行組態(tài)時，I/O設(shè)備驅(qū)動配置為：采用標(biāo)準(zhǔn)的Modbus，選RTU串行口通訊方式，按設(shè)備地址從01—06匹配六臺現(xiàn)場控制機(jī)，數(shù)據(jù)更新周期為500毫秒，超時時間為8秒，使用串口（RS232/422/485）通訊，COM1端口設(shè)置與現(xiàn)場控制機(jī)的端口參數(shù)設(shè)置一樣為9600.8.無.1 4 通訊過程 Modbus協(xié)議通訊時主機(jī)首先向從機(jī)發(fā)送通訊請求命令字符串，從機(jī)接收到命令字符串后，根據(jù)命令字符串中的命令碼向主機(jī)作出相應(yīng)的回答，完成一次通訊，整個的網(wǎng)絡(luò)通訊都是由主機(jī)進(jìn)行調(diào)度。下面舉例說明04和05功能碼實現(xiàn)模擬量數(shù)據(jù)讀取和遠(yuǎn)程操作功能的通訊過程[2]。 例1：假定主機(jī)要求讀取01從機(jī)的系統(tǒng)壓力數(shù)值時，主機(jī)將發(fā)送如表3所示的通訊請求命令字符串，在英格索蘭單片機(jī)中系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)起始地址為十六進(jìn)制代碼0BBE（Modbus協(xié)議規(guī)定通訊字符串中的地址比實際地址小“1”），正常情況下從機(jī)回信字符串如表4。 從機(jī)地址即01號機(jī)的設(shè)備地址，數(shù)據(jù)量0002表示存放系統(tǒng)壓力數(shù)值有兩個寄存器，該位占兩個字節(jié)。 英格索蘭單片機(jī)是一個32位浮點數(shù)處理器，數(shù)據(jù)“42DCD4C6”經(jīng)過IEEE32位浮點數(shù)轉(zhuǎn)換后得出系統(tǒng)壓力為110.4156psi。 例2：假定主機(jī)要求遠(yuǎn)程啟動01從機(jī)，主機(jī)將發(fā)送如表5所示的通訊請求命令字符串，在英格索蘭單片機(jī)中遠(yuǎn)程啟動數(shù)據(jù)起始地址為十六進(jìn)制代碼00E0，正常情況下從機(jī)回信字符串如表6。 從機(jī)回信的字符串與主機(jī)發(fā)送的通訊請求命令字符串應(yīng)該是同樣的，數(shù)據(jù)“FF00”迫使01從機(jī)的遠(yuǎn)程啟動繼電器線圈打開，數(shù)據(jù)“0000”迫使01從機(jī)的遠(yuǎn)程啟動繼電器線圈關(guān)閉。 5 結(jié)束語 利用Modbus協(xié)議實現(xiàn)了礦區(qū)空氣壓縮機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的上位工控機(jī)與下位英格索蘭通用通訊模塊的數(shù)據(jù)通訊，開發(fā)了空氣壓縮機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。運轉(zhuǎn)兩個多月來的情況表明，該系統(tǒng)運行可靠，維護(hù)方便，監(jiān)控過程顯示形象直觀，為礦區(qū)運轉(zhuǎn)工區(qū)最終實現(xiàn)“無人值班，少人值守”的目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。