基于Modbus協(xié)議的通信控制系統(tǒng)的設計

1、自動化技術與應用2008年第27卷第1期PLC與DCSPLC and DCS基于Modbus協(xié)議的通信控制系統(tǒng)的設計黃瓊(國電南京自動化股份有限公司除塵事業(yè)部,江蘇南京,211100摘要:針對不配備上位機的電力除塵控制系統(tǒng),設計出基于Modbus通信協(xié)議和RS485串行通信方式的通信控制系統(tǒng),實現電廠DCS 對除塵控制系統(tǒng)的監(jiān)控,以達到無人值守的目的。本文主要介紹了Modbus協(xié)議和通信控制系統(tǒng)的具體實現方法,同時給出了基于80C196單片機系統(tǒng)軟件的工程實現措施。關鍵詞:Modbus協(xié)議;RS485;單片機中圖分類號:TN915.05文獻標識碼:B文章編號:1003-7241(200801-

2、0043-03A Modbus Protocol-Based Communication Control SystemHUANG Qiong(Guodian Nanjing Automation Co.,Ltd,nanjing, 211100 ChinaAbstract:This paper presents the communication control system based on the Modbus protocol and RS485 serial communication for an individual electric dust-removing system.Thu

3、s the DCS of the electric power plant can monitor the dust-removing system to realize the unattended operation. This paper introduces the Modbus protocol and the implementation of the communication control system based on the system software of the 80C196 SCM.Keywords: Modbus protocol, RS485, SCM1引言

4、在電力系統(tǒng)及其它工控領域,微控制器的應用越來越廣泛,并且一般以單片機、PLC構成的現場控制系統(tǒng)和上位機控制系統(tǒng)構成集散控制系統(tǒng)。而在很多項目中,為了節(jié)省成本,用戶往往省掉上位機系統(tǒng),這樣就存在著一個問題:如何對現場裝置實現監(jiān)控、并將此系統(tǒng)集成到用戶的大系統(tǒng)中。目前我們和東南亞幾個電廠合作項目就有這種需求:電廠只采購除塵控制裝置。我們在開發(fā)DKZ-2除塵控制裝置過程中,對外利用RS485通信接口,同時結合用戶需求,采用RS485串行通信方式和Modbus通信協(xié)議,實現電廠DCS對裝置的控制和信息上報。實踐證明,該設計方案充分利用了現有硬件系統(tǒng),簡化了結構,保證了下位裝置的運行效率和可靠性,得到了

5、外方的好評。本文結合現有硬件,介紹基于Modbus通信協(xié)議的通信控制系統(tǒng)的設計。2Modbus通信協(xié)議Modbus協(xié)議1是應用于電子控制器上的一種通用語言。目前,國內許多生產商已在他們的產品和系統(tǒng)中遵循該協(xié)議標準。Modbus通信使用Master-Slave(主-從方式,即僅一設備(主設備能初始化傳輸(查詢,其它設備(從設備根據主設備查詢提供的數據作出相應反應。MODBUS協(xié)議采用“大頭”(Big-Endian傳輸方式,即先傳輸數據高字節(jié)。本系統(tǒng)作為MODBUS Slave設備。該協(xié)議有兩種傳輸模式即RTU(RemoteTerminal Unit模式和ASCII模式。相對于ASCII模式,RT

6、U模式表達相同的信息需要較少的位數,且在相同通訊速率下具有更大的數據流量。本系統(tǒng)采用了RTU方式。下面給出RTU的字節(jié)格式和數據報文格式的基本約定。RTU字節(jié)數據格式采用如下11bit模式:1個起始位8個數據位1個奇偶校驗位,無校驗則無1個停止位(有校驗時,2個bit(無校驗時ModbusRTU典型的數據報文消息幀如下:初始結構=4字節(jié)的時間地址碼=1字節(jié)功能碼=1字節(jié)數據區(qū)=N字節(jié)錯誤校檢=16位CRC碼收稿日期:2007-09-18 結束結構=4字節(jié)的時間地址碼:地址碼為通訊傳送的第一個字節(jié)。這個字節(jié)表明由用戶設定地址碼的從機將接收由主機發(fā)送來的信息。并且每個從機都有具有唯一的地址碼,并且

7、響應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:通訊傳送的第二個字節(jié)。ModBus通訊規(guī)約定義功能號為1到127。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,從機發(fā)送的功能碼與從主機發(fā)送來的功能碼一樣,并表明從機已響應主機進行操作。如果從機發(fā)送的功能碼的最高位為1(比如功能碼大127,則表明從機沒有響應操作或發(fā)送出錯。數據區(qū):數據區(qū)是根據不同的功能碼而不同。數據區(qū)可以是實際數值、設置點、主機發(fā)送給從機或從機發(fā)送給主機的地址。C R C碼:二字節(jié)的錯誤檢測碼。R T U方式通信采用C R C-16位循環(huán)碼冗余

8、校驗,即將整個字符串(不包括最后兩個字節(jié)按規(guī)定的方式進行位移并進行異或運算,計算結果存于字符串的最后兩個字節(jié)內,并由接收方按相同的計算方法進行校驗是否一致。表1、2給出了本通信系統(tǒng)中常用的一種主從數據報文。3通信硬件及編程3.1硬件設計原理本系統(tǒng)通信采用RS-485模式,模塊上單片機為80C1962,M A X1480芯片來實現接口電平轉換。由于M A X1480集成了MAX485和光電耦合器件,極大的簡化了硬件設計,提高了系統(tǒng)的可靠性。MAX1480接口電路圖如圖1所示。80C196的串行收發(fā)分別接到MAX1480的收發(fā)端子,而由于收發(fā)是半雙工模式,因此收發(fā)控制DE接到HSO.3上。另外MA

9、X1480和其他電平轉換芯片一樣,我們在系統(tǒng)設計時必須考慮到收發(fā)切換的控制時序問題,以確保系統(tǒng)收發(fā)的穩(wěn)定性。3.2系統(tǒng)軟件設置及編程1波特率的設置本系統(tǒng)應用于發(fā)電廠,電磁環(huán)境惡劣,波特率的設置也是較為關鍵的,因為Modbus對消息幀的起始時間和結束時間以及停頓間隔有一定的要求,并且整個消息幀必須作為一個連續(xù)的數據流傳輸。由于用戶方要求每兩幀數據響應間隔不能超過1秒,同時考慮本系統(tǒng)最大的數據幀長度,因此我們將波特率設定為9600bps,這樣既滿足了用戶的要求,同時也保證了傳輸的可靠性。LDB0EH,#34H;在8兆晶振下34H代表的波特率是9600LDB0EH,#80H2串口模式的選擇對80C1

10、96單片機而言,有四種串口模式。由于采用了ModbusRTU通信協(xié)議,數據字節(jié)無奇偶校驗位,其停止位為2bit。因此設置串行口為方式2,在發(fā)送數據幀時,通過對串行控制器SP_CON的TB8位編程可對第9位數據位設定為1,而在接收時第9位為1,串行口申請中斷,從而滿足了Modbus的數據模式要求。LDB11H,#00001010B;設置串行口為模式2,并且允許接收ORBINT_M1,#03H;容許RI和TI中斷表1主機詢問表2從機響應數據信息圖1通信接口電路圖(下轉第42頁 程序流程圖如圖4所示:如圖5所示。D22為PID 計算得到的頻率,D32為變頻器設定的頻率上限,D30為變頻器設定的頻率下

11、限。T30和T31用的是圖4運行頻率判斷圖5頻率判斷部分程序代碼作者簡介:張鼎(1983-,男,碩士研究生,研究方向:控制網絡與集成。接通延時計時指令,只有當頻率到達設定的值,并持續(xù)設定的時間長度D401和D402,線圈M200、M201才會導通。線圈M200、M201、M202分別對應啟動電動機、停止電動機、控制變頻電動機的操作。5結束語本文利用PLC和變頻器實現了真空泵組的自動變頻控制,改變了以往紙漿模塑生產線中負壓壓力波動大,廢品率高的現狀。利用PLC的PID功能,方便快捷的實現了PID控制算法,不僅提高了控制系統(tǒng)的響應速度,而且節(jié)省了原材料和電能,使系統(tǒng)運行的方式更加合理、靈活、可靠。

12、參考文獻:1羅秋芳.PLC 在負壓恒壓自動控制系統(tǒng)中的應用J.中國科技信息,2006,3:42-43.2艾默生公司.EC20-8AD 模塊用戶手冊Z.2006.3艾默生公司.EC20-4DA 模塊用戶手冊Z.2006.4艾默生公司.ControlStarV2.32用戶編程手冊Z.2006.(上接第44頁作者簡介:黃瓊(1978-,女,湖北潛江人,大學本科,工程師,電力系統(tǒng)弱電控制系統(tǒng)設計工作。LDB11H,#12H;將TB8置13數據收發(fā)和其他任務的協(xié)調通信系統(tǒng)響應主機詢問要及時,另外80C196還有其他任務要處理,因此采用了中斷方式實現數據接收和發(fā)送。接收和發(fā)送分別設置中斷號,使用INT_M

13、ASK1的D0位對應發(fā)送中斷,中斷向量為2030H,TI 置位觸發(fā)該中斷;INT_MASK1的D1位對應接收中斷,中斷向量為2032H,RI置位觸發(fā)該中斷。每接收完或發(fā)送完一個字節(jié)后就觸發(fā)相應的中斷,又由于整個系統(tǒng)軟件還使用了其他中斷,為了保證其他任務的可靠處理,我們必須盡可能精簡在中斷子程序中的指令,以避免相互沖突或嵌套過多。另外對數據幀的容錯、誤判、起始間隔、結束停頓的處理都要進行優(yōu)化處理,盡可能在主程序中,以保證通信的可靠性。ANDBINT_M1,#0FCH;關發(fā)送中斷ORBINT_M1,#2;開接收中斷LDB11H,#0AHLDBHSO_C,#03H;關發(fā)送使能ADDHSO_T,T1,#0004H ANDBS_F2,#0FCH;置允許接收清頭字節(jié)正確標志ANDBS_F2,#0F7H;清允許發(fā)送標志RXI00:ANDBS_F2,#0FDH;接收非正常退出RXI01:ANDBS_F2,#0FEH;接收正常退出RXI02:ORBINT_M1,