Modbus RTU通訊協(xié)議在流漿箱控制系統中的應用

1 引言

　　現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是當今自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)之一，是實(shí)現工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )化的重要技術(shù)。許多自動(dòng)化公司都開(kāi)發(fā)了多種現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)標準，例如Profibus，LonWorks，Modbus等，Profibus，LonWorks總線(xiàn)功能強，可靠性高，但同時(shí)價(jià)格也比較昂貴，比較適用于大中型控制系統。而基于RS485接口的Modbus通訊協(xié)議較適用于小型控制系統或單機控制系統，為實(shí)現低成本，高性能的主從式計算機網(wǎng)絡(luò )監控提供了可能。

　　Modbus協(xié)議是MODICON公司開(kāi)發(fā)的開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)通信協(xié)議，它符合OSI標準協(xié)議集中數據鏈路層規定的高級數據鏈路控制協(xié)議，但做了簡(jiǎn)化處理。由于其功能比較完善而且使用簡(jiǎn)單，數據易于處理，協(xié)議開(kāi)放，因而在各種智能設備中被廣泛采用。

2 應用背景

　　在紙張抄造的過(guò)程中，成紙的均勻度取決于纖維在流漿箱中的分散程度和流漿箱唇板開(kāi)口的均勻度。在車(chē)速超過(guò)250米／分的紙機上，必須配備氣墊式流漿箱，其主要控制參數是總壓、漿位和漿速/網(wǎng)速比?？刂瓶倝旱哪康氖菫榱耸箯牧鳚{箱流送到網(wǎng)上的紙漿流量和流速均勻穩定，控制漿位的目的是為了獲得適當的紙漿流域，以減少橫流和濃度的變化。產(chǎn)生和保持可控的喘流以限制纖維的絮聚。由于流漿箱控制系統為強耦合系統，在總壓調節時(shí)會(huì )影響漿位，而在漿位調節時(shí)又會(huì )影響總壓，若處理不當會(huì )引起振蕩，或持續性的波動(dòng)，會(huì )嚴重影響抄紙質(zhì)量，故需要解耦控制。

　　流漿箱控制系統結構如圖1所示，其中控制器選用ABB AC31 50系列PLC，由于解耦控制算法在上位機中實(shí)現，而且對流漿箱控制系統調節的快速性有一定要求，這樣就需要高性能，低成本的通訊總線(xiàn)來(lái)完成上位機與PLC的快速數據交換。

　　ABB AC31 50系列PLC具有兩個(gè)串行通訊端口COM1和COM2。COM1具有Modbus、ASCII和Programming三種模式，通常診斷和下載程序用COM1；COM2具有CS31和Modbus兩種模式，現場(chǎng)上位機與PLC通訊時(shí)使用COM2的Modbus模式，其最高通訊速度可達187.5K，實(shí)際使用時(shí)采用了57.6K的通訊速度。

3 Modbus通訊協(xié)議介紹

　　作為現代自控系統中常用的協(xié)議之一，Modbus采用主從應答方式，即只有一個(gè)設備作為主機能主動(dòng)發(fā)送詢(xún)問(wèn)信息，其它設備都是作為從機響應主機的命令或將所需的信息返回至主機。該協(xié)議支持在串行總線(xiàn)上有一個(gè)主機和247個(gè)從機,每個(gè)從機具有唯一的地址。讀取或寫(xiě)入信息除要求從機地址外，還需要數據寄存器的地址。Modbus協(xié)議可使用兩種模式進(jìn)行通訊:ASCII和RTU，這兩種模式在報文結構、功能命令上是相同的，僅幀信息的表示方法不同而已。它們的區別是：采用RTU模式通訊時(shí)，信息是以8位二進(jìn)制方式傳輸的，而采用ASCII時(shí)，信息是以字符為基本單位傳輸的，每個(gè)字符都用ASCII碼表示。ASCII的優(yōu)點(diǎn)是通用性好，讀取容易。但在相同傳輸速率下，RTU 模式比ASCII模式傳輸效率提高一倍。本文將介紹RTU模式通訊的實(shí)現方法。

　　Modbus幀格式由地址、功能碼、數據段、校驗碼組成，數據段內容根據主－從或從－主關(guān)系可包括寄存器起始地址、寄存器數、數據位，格式如下：

　　每一幀數據以至少3.5個(gè)字符的間隔時(shí)間（T1-T2-T3-T4）標志開(kāi)始和結束，整個(gè)信息幀必須以連續的信息流進(jìn)行傳輸，從而保證CRC校驗的正確。其中：
　　地址為8位，從機的有效地址范圍是0-247，其中0是廣播地址。
　　功能碼為8位，有效編碼為1-255。
　　數據段可由多組數據組成，主要包括從機要完成功能碼功能所需的附加信息。
　　CRC為此幀數據的循環(huán)冗余校驗碼，用于保證整幀數據傳輸的正確性。