基于Modbus協(xié)議的空調控制系統

1 引言

　　Modbus 是工業(yè)通訊通用協(xié)議中的一種，已被眾多的廠(chǎng)商所支持并廣泛用于工業(yè)控制領(lǐng)域，并且也是諸多中國國家工業(yè)總線(xiàn)通訊gb標準之一。通過(guò)modbus協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò )和其它設備之間通信實(shí)現監控。modbus作為一種通用工業(yè)標準，不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的控制設備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò )，進(jìn)行集中監控。

　　早期的車(chē)間自動(dòng)化設備基于硬接線(xiàn)plc組建控制系統，雖然硬接線(xiàn)方式具有可靠、穩定的優(yōu)點(diǎn)，但對于大規模自動(dòng)化系統布線(xiàn)成本偏高。若采用modbus協(xié)議等通用工業(yè)標準，可減少plc模件使用量，縮減電纜費用，從而降低工程造價(jià)。本文結合工程實(shí)際，介紹modbus協(xié)議在空調控制系統中的應用。

　　2 電廠(chǎng)空調系統案例

　　2.1 modbus通訊協(xié)議簡(jiǎn)介

　　modbus 通訊協(xié)議，是一種串行的、非同步的主從通訊協(xié)議，網(wǎng)絡(luò )中只有一個(gè)設備能夠建立協(xié)議，其它的設備只能通過(guò)提供數據響應主機的查詢(xún)，或根據查詢(xún)做出相應的動(dòng)作。modbus協(xié)議定義了主機查詢(xún)的格式，其包括：主從機的編址方法(或廣播)，要求動(dòng)作的功能代碼，傳輸數據和錯誤校驗等，或不能完成主機要求的動(dòng)作，它將組織一個(gè)故障作為響應。modbus協(xié)議不需要特別的接口，典型的物理接口是rs485。在modbus通訊網(wǎng)絡(luò )中，一般可提供ascii、 rtu、plus、tcp/ip等通訊模式。在實(shí)際應用中，可以使用rs232、rs485/422、modem加電話(huà)線(xiàn)、以及tcp/ip來(lái)聯(lián)網(wǎng)。所以，modbus的傳輸介質(zhì)種類(lèi)較多，可以根據傳輸距離來(lái)選擇。

　　2.2 工程背景

　　某電廠(chǎng)設計有4套集中空調系統，配置了觸摸屏可就地控制，要求在暖通控制室遠程監控。每套空調配有西門(mén)子小型plc程控裝置，留有遠程硬接線(xiàn)接口，該plc帶有485接口，支持modbus協(xié)議，因此可通過(guò)通信方式實(shí)現機組的遠程監控。

　　暖通控制室距空調機組大約200米，因此可組建簡(jiǎn)單方便、成本低的rs485/modbus網(wǎng)絡(luò )。采用modbus的rtu形式，這種接線(xiàn)方式為總線(xiàn)式拓樸結構，在同一總線(xiàn)上最多可以?huà)旖?2個(gè)結點(diǎn)。

　　考慮輔助控制系統plc設備統一性，選用羅克韋爾的1763-l16bwa處理器作為該rs485/modbus通訊網(wǎng)絡(luò )的主站，4個(gè)空調機組plc作從站，用一根對絞線(xiàn)電纜以總線(xiàn)方式把主站與從站連接起來(lái)，建立簡(jiǎn)單的rs485/modbus通信網(wǎng)絡(luò )。1763-l16bwa帶有以太網(wǎng)接口，通過(guò)交換機與操作員站連接，便可在上位機對空調機組進(jìn)行監控。

　　2.3 控制系統實(shí)現

　　當一個(gè)modbus－rtu主站想要從一臺從站得到數據的時(shí)候，這個(gè)主站會(huì )發(fā)送一條包含該設備地址、功能代碼、所需要數據以及一個(gè)用于檢測錯誤的求和校驗碼的信息。網(wǎng)絡(luò )上的所有其它從站都可以看到這一條信息，但是只有地址被指定的設備才會(huì )作出反應。

　　設備地址是一個(gè)從0到247的數字，空調系統plc從站地址可在就地觸摸屏進(jìn)行設定。

　　功能代碼定義了從設備應該執行的命令，例如讀取數據、接受數據、報告狀態(tài)等等。功能代碼為從1到255的數字。

　　數據為讀取功能定義了在設備存儲器映射當中的地址，它包括被寫(xiě)入設備存儲器的數據值，或是包括其它根據功能代碼的要求需要被執行的信息。

　　錯誤檢查是一個(gè)描述循環(huán)冗余校驗(crc)的16-bit數值。循環(huán)冗余校驗碼(crc)由主設備產(chǎn)生，并且由接收設備進(jìn)行檢查。如果crc值不符，這個(gè)設備就會(huì )要求重新傳送訊息。在有些系統里面，還要對數據進(jìn)行奇偶校驗。

　　當從設備執行了所要求的功能，它會(huì )返回一條訊息給主設備。這條返回的訊息包含了從設備的地址、所要求的功能代碼、所要求的數據以及一個(gè)錯誤檢查值。

　　讀取和寫(xiě)入數據：modbus擁有最多255個(gè)功能代碼，但是01(讀取輸出量)、02(讀取離散輸入)、03(讀取保持寄存器)、04(讀取輸入寄存器)、05(寫(xiě)入單一離散量輸出)以及06(寫(xiě)入單一寄存器)是最為常用的讀寫(xiě)功能代碼，這些代碼被用來(lái)從modbus從設備采集數據和向從設備發(fā)出指令。

　　本系統中從站已定義了modibus地址所代表的信息，通訊波特率為9600，偶校驗。這樣可以很容易的通過(guò)讀寫(xiě)命令獲得空調機組狀態(tài)信息和向其發(fā)出指令。

　　2.4 工業(yè)總線(xiàn)工程經(jīng)驗

　　在工程調試中我們會(huì )遇到各種各樣的問(wèn)題，在此結合本工程作簡(jiǎn)單的介紹。

　　(1) 要使用同一型號雙絞線(xiàn)。在本工程施工中，施工人員接線(xiàn)時(shí)由于通訊電纜長(cháng)度預估不足，在連接3、4號從站時(shí)使用了另一型號雙絞線(xiàn)。在調試時(shí)發(fā)現不能讀寫(xiě)數據，為排查問(wèn)題做了大量工作，最后發(fā)現該問(wèn)題，更換同一型號雙絞線(xiàn)后問(wèn)題此解決，這給調試帶來(lái)額外的麻煩，既費時(shí)又費力。

　　(2) 雙絞線(xiàn)與485母口焊接要規范。在空調控制系統調試時(shí)遇到了兩芯線(xiàn)短路的現象，這可能也是廣大工程人員經(jīng)常遇到的問(wèn)題，測量雙絞線(xiàn)兩芯線(xiàn)無(wú)電壓，斷定必然存在短路，到就地拆下各從站接口查看，發(fā)現有兩個(gè)接口焊接不好，有外漏線(xiàn)芯連在一起造成短路，重新焊接后，檢測線(xiàn)纜電壓，在正常范圍內。

　　(3) 信號地連接。大多情況下，連接rs-485總線(xiàn)時(shí)只是用一對雙絞線(xiàn)將各個(gè)接口端連接起來(lái)。而忽略了信號地的連接，這種連接方法在許多場(chǎng)合是能正常工作的，但卻留下了一定的隱患。

　　(4) 在構建手牽手總線(xiàn)型網(wǎng)絡(luò )結構時(shí)，從總線(xiàn)到每個(gè)節點(diǎn)的引出線(xiàn)長(cháng)度應盡量短，若通信距離較長(cháng)或通信速率提高會(huì )造成信號質(zhì)量下降。

　　以上幾點(diǎn)問(wèn)題是工程實(shí)際經(jīng)常遇到的問(wèn)題，也是影響控制系統穩定運行的重要因素，處理好這些問(wèn)題，保證通信系統的穩定、可靠運行。

　　3 結束語(yǔ)

　　本案例說(shuō)明了rs485/Modbus通訊方式的簡(jiǎn)單易實(shí)現和低成本性，這種方式完全能夠滿(mǎn)足電廠(chǎng)部分輔助控制系統的需要，可推廣應用。文中還介紹了現場(chǎng)遇到的問(wèn)題，希望能給工程技術(shù)人員以一定的幫助。