基于MODBUS现场总线的大型设备监测监控系统的研究

　　为了提高监控软件的通用性，使操作人员可以根据网络实际情况手动设置该监控分站的通讯参数，避免因网络参数变化而不得不修改软件，设计了通讯参数（波特率、校验方式、从站地址等）的拨码盘输入电路。通讯参数的输入需要五片拨码盘来完成，其中前三片用来设置站地址1～247；第四片设置波特率（0～7分别代表1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200（bps）等八种波特率）；最后一片用来设置奇偶校验方式（0～2分别代表无校验、奇校验、偶校验）。此外，为了禁止异地同时对综采工作面大型设备操作，避免意外事故的发生，在该智能型组合开关的测控系统中增加一转换接点，用它提供的两种互斥状态分别作为现场控制与远程控制的使能标志，这样就避免了现场控制和远程控制同时有效的可能。

　　HT6L1-400Z/1140智能型组合电器的中央处理单元为西门子S7-200 PLC(CPU 226)[3]，只要编制相应的通讯软件，就能很好的支持Modbus协议，进而与上位机实现通讯。在这种情况下，CPU 226仅有端口Port0支持Modbus远程通讯协议[4]，而端口Port1用于与测控系统中液晶显示器TP7的通讯。

　　2.3 软件设计

　　通讯软件是在STEP7-Micro/WIN编程软件环境下设计的，其指令库包含专为Modbus通讯设计的子程序和中断服务程序[4]，使得测控系统通讯软件的编制简单易行[5]。

　　2.3.1 软件编制

　　HT6L1-400Z/1140智能型组合开关测控系统本身无论是硬件还是软件都已经很成熟，并且其本身智能化程度比较高，也有支持上位机远程监测监控的硬件基础，所以如何把监控程序很好地融合于测控系统的软件中是本分站软件编制的重点和难点。

　　监控分站的软件流程图如图1所示。初始化包括原系统软硬件初始化和Modbus通讯初始化，通讯初始化在程序中只需要执行一次。初始化完成后，操作者可以通过液晶显示器TP7的整定值显示画面查看通讯参数及电流整定值的正确与否。该Modbus通讯程序实时检测并响应主站请求，一方面向主站上传各被控电机的工况参数，包括运行方式、分合闸状态、电流、电压、故障状态及故障参数等；另一方面该监控分站还支持主站的控制命令，如强制单线圈或多线圈、写单寄存器或多寄存器命令等。该监控分站支持的主站命令如表2所示。

　　表2. 该分站支持的主站命令

　　2.3.2 软件组态

　　用STEP7-Micro/WIN编制完程序后，还需要对通讯程序块进行组态，包括符号表组态、通讯数据区配置和指令参数的配置等，否则它就不是一个统一的整体。

　　符号表组态是对通讯程序的符号表分配780个字节的V区地址空间，它不能与通讯数据区有任何重叠。

　　通讯数据区配置就是对需要上传的电压、电流、系统状态及故障信息等参数存储空间的配置。该分站需要分配20个字空间来实时存储这些参数，包括六路整定电流、系统状态、系统电压、六路运行状态及六路工作电流，具体的存储格式如表3所示。考虑到将来系统的扩容，该通讯数据区留有一定的裕度，这里实际分配了32个字空间。

　　表3. 通讯数据区数据存储格式

　　指令参数的配置就是对通讯指令中的一些关键参数的设置，包括Modbus从站地址、通讯波特率、奇偶校验选择、附加字符间延时、最大I/Q、最大AI、最大数据区等的设置。其中从站地址、通讯波特率和奇偶校验方式用户可通过拨码盘以固定参数的形式输入，其它参数必须在程序中配置好。这些参数都必须和实际的监控网参数及实际要求相统一，这样该监控分站才能正常运行。

　　3 现场调试

　　为了检验该监控分站的通讯程序能否正常可靠的运行，程序编制好之后，可以利用支持Modbus RTU串口调试的软件工具（如Modscan 32、Commix）进行通讯测试，这样在实验室就能确定程序能否可靠运行。

　　通过串口调试软件Commix的现场通讯测试，可以确定该分站监控软件是可靠的，它能正确响应表2中的常用主站命令。例如当系统初始化完成时，该监控分站的各回路电流整定值及系统电压值的TP7的显示画面如图2所示，此时利用Commix软件所监测的电流整定值和系统电压值（十六进制显示）与TP7画面的显示值完全一致，如图3所示。该图中的十六进制数0032和0096对应于50A和150A的电流整定值，而047C为系统电压值大小。

　　以上说明该监控分站的监测功能是正确可靠的，而通过Commix串口调试软件的现场监控功能测试可知，该监控分站的远程监控功能也是实时可靠的。例如利用写多线圈命令（0FH）起动完六台电机后，再停止（0FH）第二、三、四、六台电机，停止这四台电机的监控画面如图4所示，此时该监控分站的TP7显示画面如图5所示。图4中的十六进制数0011的低位字节为11，其二进制形式的低六位对应于六台电机的起动和停止控制位（1：起动或保持运行；0：停止）。图5的显示内容说明该监控分站的监控功能也是实时、准确、可靠的。