关于ModBus协议在煤矿自动化改造应用方法.pdf

当代化工研究 Modem Chemical REsearch 技术应用与研究 2020 17 关于ModBus协议在煤矿自动化改造应用方法 *程亚帅 山西西山煤电股份有限公司西曲矿 山西030200 摘要在煤矿很多工控系统中，由于不同厂家生产的仪表、控制器、PLC的通讯方式各不相同，有以太网通讯、RS485通讯、RS232通 讯，如何将这些设备实现通讯互联是一个难点问题，本论重点研究利用ModBus协议，实现工业仪表与控制系统之间通讯互联的主要步骤与 方法，结合现场实例，给出利用Modbus协议实现通讯互联的完整解决方案。 关键词ModBus协议；自动化改造 中图分类号TD 文献标识码A Application of ModBus Protocol in Coal Mine Automation Transation Ch en g Ya sh ua i Xiq u Min e, Sh a n xi Xish a n Co a l a n d El ec tr ic ity Co ., Ltd ., Sh a n xi, 030200 Abstracts In many industrial control systems in coal mines, due to the different communication modes of instruments, controllers and PLC produced by different manufacturers, such as Ethernet communication, RS485 communication and RS232 communication. How to realize the communication interconnection of these devices is a difficult problem. This paperfocuses on the main steps and s ofrealizing the communication interconnection between industrial instruments and control systems by using ModBus protocol. Combined with field examples, a complete solution to realize the communication interconnection by using Modbus protocol is given. Key words ModBus protocols automation transation 在现代煤矿工控系统中，现有的仪表温度巡检仪、 水位仪、多功能仪表、监控设备Sa mSun gPLC、西门子 PLC、传动设备ABB变频器大部分不是以太网通讯，而 是留有RS485通讯接口，通过485通讯支持的Mo d Bus协议，实 现煤矿自动化、智能化、无人化的改造。 1. Mo d Bus协议的简介 Mo d Bus是M0DIC0N公司于1978年最先倡导的一种通讯规 约，经过大多数公司的实际应用，逐渐被认可，成为一种标 准的通讯规约，只要按照这种规约进行数据通讯或传输，不 同的系统就可以通讯。 Mo d Bus是一种主-从站方式通讯，一个主站控制一个或 多个从站，支持物理层接口有RS232、RS422、RS485和以太 网接口，特别是RS-485上的广泛应用，已经成为事实上的 RS-485接口的标准通讯。 2. 数据类型 1 位B00L布尔量就是0或是1,占1位，最小的 单位； 2 字节BYTE 个字节8位； 3 字WORD 一个字2个字节16位，16位无符号 整数； 4 整数INT 16位有符号整数； 5 双字DW 32位无符号整数； 6 浮点数fl o a t单精度浮点数，浮点数的意思 就是有小数点的数值。 我们在Mo d Bus协议中会经常提起“寄存器”，这个寄 存器占2个字节，即16位，想要建立通讯必须知道数据的类 型。 3. 数据的传输方式 ⑴传输通讯格式，即波待率，数据位，停止 位，检验方式 我们已经知道计算机中的信息都是二进制的0和1来表 示，其中每一个0或1被称作一个位，我们把具有起始位、数 据位和奇偶校验位的这一串数字叫做字节。一个字节有10位 二进制数码。 波特率就是一秒钟传送的位数，也就是通讯速率， 单位为b ps ,波特率越高，传送的数据越大，比如波特率为 9600,即一秒钟可以传送9600个位数。 数据位传输一个字符由8位组成，计算机的基本单位 就是“位”,其值非“0”即“1”。 停止位传输一个字符有几个停止位，用来判断某个字 符是否传输结束，以便开始接收下一个字符。 校验方式奇校验或偶校验或无校验，目的是判断传输 过程中是否有错误。 2 RS485连接方式 主站 1 从站 2梓从站3从站 4从站 图1 RS485连接方式 图1有主站，还有4个从站。我们看到1号到3号从站的 接线其实都是节点，节点中既有一条进线，也有一条出线， 还有引至自身的内部引线。这种接线方法被称为“菊花瓣” 的“手拉手”连接方法。在菊花瓣接线中，任何一个节点如 果出现断路，则后续的节点均无法通信。 图1的通讯电缆外表面有屏蔽层，并且屏蔽层需要接 地。对于通讯电缆的屏蔽层接地来说，只能有一个接地点。 如果出现两个接地点，则接地点之间的环流会引起干扰。 我们还在通讯电缆头尾都安装了 120欧的电阻，此电阻 被称为终端电阻，终端电阻的用途是吸收反射波，建立稳 定的电平关系。通讯电缆必须釆用双绞线，采用双绞线的目 当代化工研究 Modern Chemical Research DD2020 17 技术应用与研究 的是利用电感效应来中和分布电容。 ⑶Mo d Bus通讯协议的指令（功能码） Mo d Bus通讯协议是主从站通讯方式，什么是主从站呢， 我们一般把主站说成上位机，就是电脑的监测数据，从站就 是仪表，上位机想要监测数据，上位机（主站）发出一个命 令，想看某一从站的电流数据，就对具体某一个仪表（从 站）的电流数据进行呼唤，从站接到命令以后，就会有一个 响应，向主站发送数据，而在从站发送数据的时候，其它从 站是不进行传输的，只有在主站再次对其它从站发出指令， 得到指令的从站才能进行响应。 以下是Mo d Bus通讯协议的指令 01读线圈状态；02读某组开关量；03读保持寄存器；04 读输入寄存器；05强置某逻辑通断；06预置单寄存器；15置 若干线圈状态o n /o ff； 16预置多寄存器。 Mo d Bus功能码与数据类型对应关系 继电器Oxxxxx,数据格式位，功能码01、15、06； 开关量输入l xxxxx,数据格式位，功能码02； 模拟量输入3xxxxx,数据格式整型、状态字、浮点 型，功能码04； 保持寄存器4xxxxx,数据格式整型、字符型、状态 字、浮点型，功能码03、10、06； 我们用的最多的就是03功能码，读取寄存器的数据。 4.现场实例 供配电系统中，配电室里大部分低压配电柜的多功能仪 表是具备Mo d Bus协议支持485通讯的，所以只需要向厂家要 去通讯协议，就可以完成远程读取数据。图2为某厂家提供 的Mo d Bus通讯协议（也可以叫通讯点表或数据点表），所有 的数据都是16进制。 表］厂家仪表资料 23 DPT 电压小数点数量 位置 Char1 DCT 电流小数点数量 位置 Char1 24 DPQ功率小数点位置Char1 SIGN功率符号点位置Char1 25UaA相电压Intl62 数据计算 电压URX/10000 * 10ADPT 电流 IRX/10000*10ADPT 功率PRX/10000 * 10ADPT 功率 PERX/10000 频繁 F RX/100 RX为相应寄存器中的数据 26UbB相电压Intl62 27UvC相电压Intl62 28UabAb相电压Intl62 29UbcBe相电压Intl62 2AUcaCa相电压Intl62 2BlaA相电流Intl62 2ClbB相电流Intl62 2DlcC相电流Intl62 ⑴读取数据寄存器（03功能码） 主机发送 01 03 00 2B 00 03 75 C3 地址01从站（仪表）的设置地址； 命令03 03功能码，读取寄存器的值； 起始地址002B 2B是十六进制（换算成十进制就是43）, 也就是A相电流的数据； 寄存器个数0003就是这个数据的长度是3个寄存器， 也就是l a、l b、Ic三个寄存器的数据； CRC校验码。 ⑵从机响应 01 03 06 13 80 13 90 13 70 75 C3 l a数据13 80,换算成十进制就是4992,因为数据格 式是in t,有符号整数型，13换算成二进制就是00010011, 第8位是0,所以为正，Ia （4992/10000） *1014. 992A； l b数据13 90,换算成十进制就是5008,实际值 5. 008A； Ic数据13 70,换算成十进制就是4976,实际值 4. 976Ao 5. 关于Mo d Bus_RTU各种通讯方式现状分析 （1） Mo d Bus_RTU串 口 通信 这个是最常用的，也是成本最低的。常见的一些主通风 机在线监测系统，风机的轴承、电机绕组的温度通过PT100 温度探头，将多个探头接入仪表或是巡检仪，通过RS485, 在工控机串口加一个RS485转232接口，直接连接电脑，上位 机读取数据。 该方式特点就是测温点多，如果每一个点设置一个变 送器，相对应的温度变送器的输出信号就要接入PLC每个接 点，4-20mA电流信号还需配备安全格栅，而通过PT100温度 探头，只需要一个变送器，然后通过变送器的mo sbus协议， 接485线进入上位机电脑就可以了，可以大大节约成本。 弊端距离受限，虽然RS48的传输距离为1400米，但是 也仅限于现场设备监控，如果集控中心或是远程监控，就只 能通过0PC或是Webser ver来进行组态软件的传输。 ⑵Mo d Bus_RTU/TCP串D 磁以太网 通过串口服务器，将RTU转为以太网的方式，进入工业 环网，实现数据互联互通。经过此方式，我们实现了空压机 的远程监测、配电所的远程监控、变频器的远程监测、水位 的远程监测、直流屏系统的远程监测。 此种方式的弊端就是无法两个上位机同时访问。 （3） Mo sBus_TCP IP以太网协议 通过网关服务器，利用Mo d Bus_TCPIP协议将所有读取串 口数据分组打包传入远程机房，实加了多个上位机同时访问 终端设备，由于主通风机的在线监测，必须考虑到就地和远 方的双重监控，通过网关服务器，实现了此目标。 综上所述，通过Mo d Bus协议的各种应用，能够在减少 投资的情况，实现各不同厂家的工业仪表与PLC、控制器实 现通讯互联，并以实际工程中的实例连接方法给出了具体方 案，该方法已成功应用到工业现场监控平台，实现了多个地 方远程监控，为煤矿自动化、智能化、无人化的改造提供了 更多的技术支持。 【参考文献】 ［1］ 史运涛,孙德辉，李志军，等.基于Modbus协议的通讯集成技 术研究［J］.化工自动化及仪表,2010, 37 （4） 67-72. ［2］ 张白帆.低压成套开关设备的原理及其控制技术［M］.北京 机械工业出版社,2 014. 【作者简介】 程亚帅（ 1989-）,男，河南洛阳人，机电助理工程师，山西 西山煤电股份有限公司西曲矿；研究方向机电自动化、智能化.