張國騫,何明,，張瑋

　　(天津工業(yè)自動化儀表研究所有限公司,，天津 300060)

       摘要：系統(tǒng)采用倍福PLC控制器對現(xiàn)場設備進行監(jiān)控，并采用Modbus_RTU協(xié)議采集清污機,、閘板門,、旋轉濾網(wǎng)、綜保裝置等設備的開關狀態(tài)和工作電流,，分別上傳至操作員站和工程師站的上位機KingSCADA系統(tǒng),，同時兼?zhèn)銶odbus通信失敗報警功能。上位機接收到PLC采集的數(shù)據(jù)并顯示到監(jiān)控系統(tǒng)畫面,，同時還將重要的監(jiān)控數(shù)據(jù)傳至主廠區(qū)DCS系統(tǒng),。由于泵站與主廠區(qū)距離較遠，光纜鋪設成本大且難維護,，故采用基于GPRS的DTU點對點設備并利用Modbus-RTU進行485通信。

　　關鍵詞：監(jiān)控系統(tǒng),；Modbus-RTU,； DTU；485通信

0引言

　　取水泵站作為主廠區(qū)的備用水源,，設有6 kV變電站高低壓配電系統(tǒng),、水泵機組及控制測量設備、直流系統(tǒng)及電氣保護設備等,，并在中控室設置一套計算機監(jiān)控系統(tǒng)對泵站重要設備進行實時監(jiān)控和運行管理,。監(jiān)控系統(tǒng)采用計算機與PLC相結合的方式，并采用主控層和現(xiàn)場控制單元的分布式結構,。主控層以工作站為監(jiān)控中樞,，現(xiàn)場控制單元設有水泵機組現(xiàn)地控制單元LCU,、配電設備現(xiàn)地控制單元LCU。

　　計算機監(jiān)控系統(tǒng)所監(jiān)測設備的信號類型可分為遠程I/O信號,、4-20 mA信號和RS485信號,。監(jiān)控系統(tǒng)在對以上信號進行監(jiān)控的同時，還通過無線DTU與主廠區(qū)DCS系統(tǒng)進行點對點通信,，故可在主廠區(qū)也可對泵站設備進行監(jiān)控,。

1系統(tǒng)方案

　　系統(tǒng)采用分布式結構［1］，主控層設有操作員站和工程師站各一臺,，并配有KingSCADA組態(tài)軟件,，便于現(xiàn)場運行人員觀察現(xiàn)場設備運行狀況，且便于開發(fā)人員對組態(tài)畫面進行修改,；現(xiàn)場控制單元由主控柜,、高低壓柜、1#電機柜,、2#電機柜組成,，并采用德國倍福控制器對現(xiàn)場設備進行監(jiān)視和控制,，監(jiān)控范圍包括：泵組,、閥門、電流表,、電壓表,、多功能表、綜保裝置,、清污機,、旋轉濾網(wǎng)、閘門等,。主控柜與各分控站通過倍福光纖接口端子模塊連接起來,，主控柜CPU模塊有4個百兆網(wǎng)口可與兩臺工作站通過工業(yè)以太網(wǎng)相連接，并采用OPC方式進行數(shù)據(jù)通信,。系統(tǒng)配置圖如圖1所示,。

2Modbus-RTU通信

　　Modbus-RTU是一種依托于RS485接口的通信協(xié)議，采用主從原則的應答機制進行通信,，只設一個主站,，最多可設247個子站。通信開始時,，首先由主站向從站發(fā)送報文［2］,，報文幀中包含從站的站號、進行讀或寫操作的功能碼,、寄存器的起始地址,、進行操作的字節(jié)長度和CRC校驗碼,。相應的子站接收到報文后經(jīng)校驗無誤后向主站返回所需數(shù)據(jù)的報文，返回的報文幀包含從站的站號,、功能碼,、寄存器的起始地址、進行操作的字節(jié)長度和CRC校驗碼,。主站接收到返回的報文后進行校驗,，如無誤則此次通信成功。

       2.1現(xiàn)場設備485通信

　　現(xiàn)場需要進行485通信的設備包括綜保裝置（2臺）,、電壓表（2臺）,、多功能表（4臺）、旋轉濾網(wǎng)（2臺）,、清污機（2臺）,、閘門（2臺）?？紤]到監(jiān)控數(shù)據(jù)的實時性,，因此不采用一條總線連接所有設備的方式。各現(xiàn)場分控站均配有485通信模塊,，每個485通信模塊負責某一種類型的設備的通信,。同一類型的設備串在同一條485總線上，在程序中采用輪詢方式與總線上的各個設備進行通信,。485通信示意圖如圖2所示,。

　　由于倍福控制器自帶Modbus功能塊CRC校驗的高低字節(jié)存儲順序與某些設備所支持的CRC校驗的高低字節(jié)存儲順序正好相反,，故采用自由口發(fā)送報文并延時接收報文的方式進行通信,。以多功能表的通信為例，首先為4塊多功能表確定站號（1-4）,，然后以500 ms為周期,，依次向4塊多功能表發(fā)送報文，隨即等待接收多功能表返回的報文,，并將接收到的報文存入相應的數(shù)組,。由于數(shù)組中接收到的數(shù)據(jù)具有保持性，因此當出現(xiàn)通信失敗的情況時,，容易誤導現(xiàn)場運行人員。故在每次對相應從站發(fā)送報文時,，均對儲存接收報文的數(shù)組的前兩個字節(jié)進行清零,，即表示返回數(shù)據(jù)站號和功能碼的兩個字節(jié)，然后在完成接收程序后比較站號和功能碼,，如為零則通信失??；如站號和功能碼正確則通信正常。另外,，對接收到的數(shù)據(jù)進行CRC校驗,，如與接收到的CRC校驗不一致則舍棄此組數(shù)據(jù)。程序流程圖如圖3所示,。

　　2.2主廠區(qū)485通信

　　本取水泵站距離主廠區(qū)約5 km,，其間有農(nóng)田、溝渠,、公路等障礙,，如采用光纜的方式進行通信，則鋪設和維護成本較大,，且有一定難度,，故采用基于GPRS的無線點對點通信設備——DTU進行通信。此種通信方式需要兩臺DTU設備分別安裝于取水泵站和主廠區(qū),，還需要一臺能夠連接Internet的計算機來連接兩臺DTU設備,，除此之外還需要兩張開通GPRS功能的SIM卡。無線網(wǎng)絡示意圖如圖4所示,。

　　DTU能通過基站將數(shù)據(jù)發(fā)送至Internet,，但如果要使兩臺設備建立連接，則需要在具備Internet連接的計算機上運行虛擬串口軟件,，用來連接兩臺DTU,。簡單來說，即用能夠連接Internet的虛擬串口軟件傳遞兩臺DTU之間發(fā)送和接收的數(shù)據(jù),。另外,，為保證主廠區(qū)與泵站監(jiān)控系統(tǒng)之間的485通信不占用過多的控制器資源，采用主廠區(qū)DCS系統(tǒng)直接從上位機獲取數(shù)據(jù)的方式,。在上位機KingSCADA系統(tǒng)中單獨建立server鏈路（Modbus_RTU協(xié)議）,，對應端口為工程師站計

　　算機串口1，并將此串口用232-485轉換器與DTU相連,，泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)便可以與主廠區(qū)DCS系統(tǒng)收發(fā)報文了,。

3結論

　　本取水泵站監(jiān)控系統(tǒng)既能對泵組設備進行監(jiān)控，又能利用Modbus-RTU對子設備進行監(jiān)控,，并兼?zhèn)?85通信失敗的報警功能,。不僅如此，基于Modbus-RTU的無線DTU點對點通信方式成功替代了光纖通信,，既節(jié)約了成本,，又利于后期的維護。

　　參考文獻

　?。?］ 王義,何偉,李華興.Modbus-RTU協(xié)議在煤礦井下變電所監(jiān)控系統(tǒng)中的應用［J］.煤礦機電,2012(1):102-104.

　?。?］ 王兆華,孟文,王文璽.Modbus協(xié)議在變電站監(jiān)控組態(tài)軟件中的實現(xiàn)［J］.自動化與儀表,2007,，22(3):46-50.