基於Modbus協議和力控組態軟體實現空氣壓縮機監控系統的改造設計

2021-01-17 電子發燒友
基於Modbus協議和力控組態軟體實現空氣壓縮機監控系統的改造設計

彭蘭；李松柏 發表於 2020-03-31 08:04:00

引言

廣東某鉛鋅礦運轉工區的空氣壓縮機組是採礦生產中的關鍵設備，共有六臺進口的英格索蘭CENTAC空氣壓縮機，它的運行穩定與否直接關係到整個礦區的安全生產和經濟效益。

原上位機監控軟體為英格索蘭公司的CEM2.52，由於其數據處理量大，數據更新速度慢；並且軟體必須運行在Windows英文版操作平臺上，操作人員很難看懂英文數據，軟體版本也無法升級；另外，上位機的報警功能失效，遠程操作與管理功能無法實現，造成操作人員無法及時發現問題，處理突發事件。為了解決上述存在的問題，提高生產自動化程度，決定對空氣壓縮機組原有的監控系統進行改造。控制系統間的通訊是改造過程中的難點，本文介紹了採用Modbus通訊協議實現上述通訊的方法，採用力控組態軟體開發了空氣壓縮機監控系統，實現了空氣壓縮機組的智能化控制，使得空氣壓縮機運轉穩定、可靠、精度高、維護方便，而且保證了礦區的安全生產，具有直接的經濟效益。

1、Modbus通訊協議

1．1協議

Modbus協議是由MODICON公司為其控制器設計的一種可靠而有效的工業控制系統通信協議。從功能上看，可以認為是一種現場總線。Modbus協議定義了消息域格式和內容的公共格式，使控制器能認識和使用消息結構，而無需考慮通信網絡的拓撲結構，它描述了一個控制器訪問其它設備的過程。當採用Modbus協議通信時，此協議規定每個控制器需要知道自己的設備地址，識別按地址發來的消息，如何響應來自其它設備的請求，如何偵測錯誤並記錄。其數據通訊採用主—從方式，主機只能有1臺，每個從機都有指定的地址，地址範圍在0～247之間（其中0為廣播地址），只有主機具有主動權，從機只能對主機發送的命令作出響應。當主機端發出數據請求消息（查詢）時，從機端接收到正確消息後就可以發送數據到主機端以響應請求；主機端也可以直接發消息修改從機端的數據，實現讀和寫。查詢—回應周期如圖1。如果採用廣播方式（地址為0）查詢，從機不作任何回應。

1．2 信息塊格式

Modbus通訊時主機發出的指令字符串的通常格式如表1。

從機地址：主機指明的接收命令的從機地址。

功能碼：功能碼決定本次通訊要求從機執行的動作，功能碼佔1個字節，MODBUS可能的功能代碼範圍是十進位的1～255。其中有些代碼適用於所有的控制器，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協議規定的標準功能碼，某些設備的Modbus協議只兼容其中的一部分功能碼，表中的功能碼為16進位數。

數據起始地址：通訊時讀出、寫入數據的起始地址。Modbus有多種批量數據操作功能碼，可同時讀出或寫入多個具有連續地址的數據。數據起始地址佔用2個字節。

數據量：命令中進行讀出或寫入的數據數量，這些數據從起始地址開始連續地址排列，在對模擬量進行操作時，每個數據具有2位元組；在對數字量進行操作時每8個數據為1個字節。數據量佔用2個字節。

1．3數據格式

Modbus通訊協議規定了2種通訊方式。RTU（REMOTE TERMINAL UNIT）方式通訊採用8位字節的二進位數據通訊，數據校驗採用CRC循環冗餘校驗，通訊速度較快；ASCII方式採用7位ASCII碼進行通訊，數據校驗採用LRC邏輯冗餘校驗，通訊速率較慢。在一個通訊系統中，只能選用一種通訊方式，兩種方式不能並用。為了減少網絡數據傳輸量，在我們的應用系統中一般使用RTU通訊方式。

2、系統的硬體組成

下位監控站採用六個英格索蘭單片機對六臺空氣壓縮機進行控制，包括對壓力、振動、溫度，油溫、油壓等參數的監控，每個單片機外接一個通用通訊模塊，上位監控站採用工控機，由於現場控制站與工控機相距60m左右，使用RS485/RS232 轉換器，轉換器與現場控制站採用RS485總線，工控機與轉換器之間採用RS232總線，這樣既解決了傳輸距離過遠而無法連接問題，也提高了系統的抗幹擾能力。其硬體組成Modbus通訊網絡如圖2所示。軟體平臺採用WindowsXP，選用三維科技有限公司的力控組態軟體。

3、力控的I/O驅動配置

在使用力控軟體進行組態時，I/O設備驅動配置為：採用標準的Modbus，選RTU串行口通訊方式，按設備地址從01—06匹配六臺現場控制機，數據更新周期為500毫秒，超時時間為8秒，使用串口（RS232/422/485）通訊，COM1埠設置與現場控制機的埠參數設置一樣為9600.8.無.1

4、通訊過程

Modbus協議通訊時主機首先向從機發送通訊請求命令字符串，從機接收到命令字符串後，根據命令字符串中的命令碼向主機作出相應的回答，完成一次通訊，整個的網絡通訊都是由主機進行調度。下面舉例說明04和05功能碼實現模擬量數據讀取和遠程操作功能的通訊過程。

例1：假定主機要求讀取01從機的系統壓力數值時，主機將發送如表3所示的通訊請求命令字符串，在英格索蘭單片機中系統壓力數據起始地址為十六進位代碼0BBE（Modbus協議規定通訊字符串中的地址比實際地址小「1」），正常情況下從機回信字符串如表4。

從機地址即01號機的設備地址，數據量0002表示存放系統壓力數值有兩個寄存器，該位佔兩個字節。

英格索蘭單片機是一個32位浮點數處理器，數據「42DCD4C6」經過IEEE32位浮點數轉換後得出系統壓力為110.4156psi。

例2：假定主機要求遠程啟動01從機，主機將發送如表5所示的通訊請求命令字符串，在英格索蘭單片機中遠程啟動數據起始地址為十六進位代碼00E0，正常情況下從機回信字符串如表6。

從機回信的字符串與主機發送的通訊請求命令字符串應該是同樣的，數據「FF00」迫使01從機的遠程啟動繼電器線圈打開，數據「0000」迫使01從機的遠程啟動繼電器線圈關閉。

5、結束語

利用Modbus協議實現了礦區空氣壓縮機監控系統中的上位工控機與下位英格索蘭通用通訊模塊的數據通訊，開發了空氣壓縮機監控系統。運轉兩個多月來的情況表明，該系統運行可靠，維護方便，監控過程顯示形象直觀，為礦區運轉工區最終實現「無人值班，少人值守」的目標奠定了基礎。

責任編輯：gt

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴

相關焦點

  • 基於Modbus協議的空調控制系統
    1 引言本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/155593.htm　　Modbus 是工業通訊通用協議中的一種，已被眾多的廠商所支持並廣泛用於工業控制領域，並且也是諸多中國國家工業總線通訊gb標準之一。通過modbus協議，控制器相互之間、控制器經由網絡和其它設備之間通信實現監控。
  • 利用Labview開發平臺和PLC通信協議實現換熱器採集監控系統的設計
    利用Labview開發平臺和PLC通信協議實現換熱器採集監控系統的設計 電子設計 發表於 2019-08-15 08:07:00 1 引言 能源問題是現在社會所面臨的重大問題。
  • 一種基於Modbus協議的遠程監控系統設計
    一.引言本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/247517.htm在生產和生活中監控系統起到的作用越來重要，如在交通.銀行.電力等部門對監控系統的要求越來越越高.需求也在不斷增大.在遠程監控系統中，作為一種種分布式控制系統和工業通信協議
  • 基於Modbus TCP和WEB的實時監控系統設計
    該系統設計基於dsPIC30F6014單片機，實現對採集模塊的控制，並通過ASP.NET創建的動態WEB瀏覽器和SQL強大的資料庫功能完成實時監控。結果表明，該系統能快速、方便、實時地動態顯示設備的各項運行指標。
  • 基於Modbus協議和PLC器件實現分布式系統通信網絡的兼容性設計
    基於Modbus協議和PLC器件實現分布式系統通信網絡的兼容性設計 朱鵬飛；劉文敬 發表於 2020-04-02 10:23:21 一、引 言 現代工業的迅速發展
  • 基於SAIA PCD的機房監控系統解決方案
    機房環境及動力設備監控系統主要是對機房供配電系統、ups電源、空調系統、消防系統、排風系統等的運行狀態、溫度、溼度、空氣品質、供電的電壓、電流、頻率、配電系統的開關狀態、測漏系統等進行實時監控並記錄歷史數據及記錄發送故障報警信息，為機房高效的管理和安全運營提供有力的保證。
  • 物聯網雲平臺-協議開發指南(modbus)
    智雨物聯提供了一套完整的解決方案，利用智雨物聯公司的智能網關（支持OPC UA）和協議開發包就能快速的開發自己想要的協議。網關提供的標準的工業總線接口RS485，RS232，乙太網等，通過協議開發包，開發者只需關注協議解析部分，無需考慮接口的問題快速開發協議。從而實現一個網關支持多種協議的功能，而且智雨物聯雲平臺還提供了web組態功能，良好的圖形化界面使得開發一套SCADA監控系統變得簡單很多。
  • 用Modbus協議實現DCS與PLC之間的串行通訊
    1 引言本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/153848.htm萬立氧空分裝置是2008年遼化公司20萬噸環氧乙烷/乙二醇改造的配套項目,該裝置儀控系統採用了先進的Honeywell PKS集散控制系統來實現對整個裝置的各系統及主要設備的工藝參數的監控,並實現各主要操作閥門、切換閥門的自動控制或遙控操作
  • 基於Modbus協議與MCX314的自動鑽孔系統設計
    現今多數觸控螢幕控制是基於板載作業系統的平臺上，如ARM-Linux，WinCE，μC／OS等，但此類操作平臺價格較高，且開發流程複雜，不適用於在工業中大規模生產使用。 本文基於Modbus串口協議的威倫觸控螢幕與通用型C8051系列單片機作為硬體平臺，結合MCX314運動控制晶片，實現了一個結構簡單、成本低、有良好人機互動且控制精度高的自動鑽孔系統。
  • 基於XBee無線技術的智能家居監控系統硬體設計和軟體設計
    基於XBee無線技術的智能家居監控系統硬體設計和軟體設計 工程師周亮 發表於 2018-08-21 09:45:34 1 引言 智能家居系統控制方式主要是有線網絡和無線網絡兩種方式。
  • 基於Android的位置實時監控系統的設計與實現
    針對此類安全問題，本文基於Android設計出位置實時監控系統。由於在Android系統手機上開發，可提高便捷性和普及程度，降低成本。　　1 系統總體設計　　本系統在整體上可以分成兩大部分，即被監控端和監控端。被監控端和監控端都是在基於Android作業系統的智慧型手機上開發實現。
  • 基於Modbus RTU通信協議的伺服電機聯動控制系統
    摘要：針對改進傳統的複雜伺服電機聯動控制系統的目的，提出一種新的設計方案，採用Modbus RTU通信協議，簡化了系統複雜度，降低了成本，並且通過自行設計接口轉換電路，提高了通用性；另外，該系統通過改進優化的軟體設計，能實現系統的連續運行，解決了定位數據運行模式只能定位不能連續運行的問題
  • 基於TCP/IP網絡協議和SOCKET接口實現組態軟體通訊模塊的設計
    基於TCP／IP網絡協議和SOCKET接口實現組態軟體通訊模塊的設計 朱曉鳳 發表於 2020-05-14 09:24:47 引言 組態軟體是面向工程監控和數據採集的軟體平臺工具
  • 基於MCGS組態軟體和VB程式語言實現油田管網在線監控系統的設計
    基於MCGS組態軟體和VB程式語言實現油田管網在線監控系統的設計 陳慶宏 發表於 2020-12-30 10:14:51 建立一套實時檢測監控油田管線原油實時數據（包括瞬時流量計算、流量累積、含水、密度、壓力
  • 基於Modbus通訊協議的RS-485總線在配電自動化控制系統中的應用
    引言隨著輸配電自動化程度越來越高,傳統的輸配電操作和控制方式已不再適應當今的發展要求,自動化控制系統得到越來越多的運用。RS-485因硬體設計簡單、控制方便、成本低廉等優點廣泛應用於工廠自動化、工業控制等領域。因此針對當前輸配電行業的設備現狀和發展需要,本文將介紹一種基於Modbus通訊協議的RS-485總線技術進行通信的智能斷路器控制系統。
  • 基於RS485總線的溫溼度監控系統設計
    系統採用兩級主從式總線型網絡拓撲結構。由1臺PC機(作為上位機)、若干臺AT89S52單片機(作為下位機)和RS-485總線通訊網絡組成。整個系統在監控系統治理軟體的控制下，同一協調工作，完成設計功能。
  • 基於西門子PLC產品和現場總線技術在車輛油漆噴塗生產線中的應用
    噴漆室由室體，供風，排風系統，漆霧處理系統，空氣淨化系統，可燃氣體檢測報警系統，三維工作檯，消防報警和自動滅火系統及電控系統組成。烘乾室由室體，加熱和熱風循環系統，過濾裝置，廢氣處理系統，可燃氣體檢測報警系統及電控系統組成。塗裝線設有總控制室，配置主控臺，分控櫃和配電櫃，整條線的所有設備採用profibus-dp總線通過通訊接口將設備聯成網絡，通過工控機可在總控室遠程監控每一臺設備。
  • 基於Modbus通信協議的eView觸控螢幕與51單片機的通信設計
    本文介紹了一種基於Modbus通信協議的eView觸控螢幕與常用的51單片機的通信方法。該方法通過C51編程實現Modbus通信，在51系列單片機上具有通用性，有一定的借鑑作用。 工業控制中經常需要觀察系統的運行狀態或者修改運行參數。觸控螢幕能夠直觀、生動地顯示運行參數和運行狀態，而且通過觸控螢幕畫面可以直接修改系統運行參數，人機互動性好。
  • 單片機通信uart和modbus有什麼區別
    modbus簡介 　　Modbus是由Modicon（現為施耐德電氣公司的一個品牌）在1979年發明的，是全球第一個真正用於工業現場的總線協議。 　　ModBus網絡是一個工業通信系統，由帶智能終端的可編程序控制器和計算機通過公用線路或局部專用線路連接而成。其系統結構既包括硬體、亦包括軟體。
  • 基於嵌入式WEB的電站數據動態監控軟體設計
    另外還可以省下其他監控硬體設備，有效降低了成本，增強整套系統市場競爭力。 綜合考慮本系統採用B／S方式。監控系統以ARM11微處理器(SC6410)為硬體核心，嵌入式Linux為軟體核心的綜合平臺方案。在此平臺上設計了基於Linux嵌入式Web太陽能監控系統。此監控系統以Ajax為網頁前端通訊方式，Cgi進程、Php進程、485進程為後端數據處理方式。