| 關(guān)鍵詞： 現(xiàn)場總線 通訊協(xié)議 Modbus 主從方式 1 引言
在自動化控制領(lǐng)域,隨著分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展,在工業(yè)上的分布式控制系統(tǒng)中,經(jīng)常需要采用串行通信來達到遠(yuǎn)程信息交換的目的。目前,用于串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)包括:RS-232、RS-422、RS-423和RS-485。RS-232是最早的串行接口標(biāo)準(zhǔn),廣泛應(yīng)用在短距離、較低波特率串行通信中。其后發(fā)展起來的RS-422、RS-485是平衡傳送的電氣標(biāo)準(zhǔn),比起RS-232非平衡的傳送方式在電氣指標(biāo)上有了大幅度的提高。 RS-485串行接口的電氣標(biāo)準(zhǔn)實際上是RS-422的變型,它屬于七層OSI(Open System Interconnection,開放系統(tǒng)互連)模型物理層的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。由于性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)簡單、組網(wǎng)容易,RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。其互連方式如圖1所示: 
下面以經(jīng)緯紡織機械股份有限公司榆次分公司開發(fā)的F1605型轉(zhuǎn)杯紡紗機為例進行介紹。
2 RS-485總線型多站點硬件設(shè)計
F1605型轉(zhuǎn)杯紡紗機分為車頭、中段和車尾組成,中段又由若干節(jié)組成。而中段的每錠又要求單獨控制,例如:每錠要求實現(xiàn)半自動接頭、探紗、單錠計長、電子清紗等。根據(jù)此機器的特點采用分布式控制系統(tǒng),傳送數(shù)據(jù)采用主從站的方法。圖2所示是用RS- 485構(gòu)成的總線型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),采用主從方式進行多機通信。主機采用人機界面。每個從機擁有自己固定的地址,由主機控制完成網(wǎng)上的每一次通信。當(dāng)主機向網(wǎng)上發(fā)出某一從機的地址時,所有從機接收到該地址并與自己的地址相比較。如果相符,說明主機在呼叫自己,應(yīng)發(fā)回應(yīng)答信號,表示準(zhǔn)備好開始接收后面的命令和數(shù)據(jù);否則不予理睬,繼續(xù)監(jiān)聽呼叫地址。主機收到從機的應(yīng)答后,則開始一次通信。通信完畢,從機繼續(xù)處于監(jiān)聽狀態(tài),等待呼叫。
實際使用時,因線纜長度、線徑、網(wǎng)絡(luò)分布、傳  輸速率不同,通訊可靠性會受到影響。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)與所選器件中RS-485芯片驅(qū)動能力和接收器的輸入阻抗有關(guān)�？紤]到此控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)較多,整個網(wǎng)絡(luò)超過50個節(jié)點,為保證通訊的可靠性和提高通訊效率按照個器件在系統(tǒng)中實現(xiàn)的不同功能、數(shù)據(jù)流量、實時性要求把各器件分布到兩條總線上,而且所選器件中的RS-485芯片驅(qū)動能力均達到255點,通訊速率選9.6bps,離主站最遠(yuǎn)的節(jié)點不超過50m。
3 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
為了能使具體的命令、數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上正確地傳輸,在數(shù)據(jù)鏈路層必須提供一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,保證在物理層的比特流出現(xiàn)錯誤時進行檢測和校正,同時實現(xiàn)生成數(shù)據(jù)幀和命令幀的功能。然而,為保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量,對每個字節(jié)進行校驗的同時,應(yīng)盡量減少特征字和校驗字,而常用的數(shù)據(jù)包格式由引導(dǎo)碼、長度碼、地址碼、命令碼、數(shù)據(jù)、校驗碼、尾碼組成,每個數(shù)據(jù)包長度達20~30字節(jié),在RS-485系統(tǒng)中這顯得又有些繁雜。由于Modbus協(xié)議是公開的通訊協(xié)議,而且被很多的工控產(chǎn)品生產(chǎn)廠家支持,該協(xié)議已廣泛應(yīng)用于水利、水文、電力等行業(yè)設(shè)備及系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)中,因此,本系統(tǒng)采用Modbus 協(xié)議作為此控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
在此控制中由于對PLC和變頻器的通訊數(shù)據(jù)量小而且實時性要求不高,因此采用Modbus ASCII方式,而對單片機的數(shù)據(jù)通訊量較大且實時性要求高,因此采用Modbus RTU方式。 4 結(jié)束語
本文著重討論了用RS-485構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本組網(wǎng)方法。由于RS-485具有性能優(yōu)異、組網(wǎng)簡單的優(yōu)點,它在集中控制系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。由于其硬件電路已比較成熟,設(shè)計中的問題主要集中在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和服務(wù)軟件的設(shè)計上。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是保證通信暢通的關(guān)鍵,在一定程度上也影響著網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性,即它必須能夠抵抗實際運作環(huán)境的干擾。另外通信只是整個系統(tǒng)中的一個部分,系統(tǒng)還必須完成諸如數(shù)據(jù)采集和控制的功能,服務(wù)軟件要使主機和各從機協(xié)調(diào)一致地工作,盡量減小通信對其他工作的影響。這就要求通信占用盡量少的時間,以求達到整個系統(tǒng)的高效率。在通信數(shù)據(jù)量一定的情況下,采用較高的波特率雖然比較好,但高的波特率必定要降低傳輸距離,在實際應(yīng)用中必須仔細(xì)衡量。 參考文獻
[1] B&B Electronics. RS-422 and RS-485 Application Note,1997
[2] Modicom Modbus Protocol Reference Guide (PI-MBUS-300 Rev.J) June 1996
[3] 鄔寬明. 現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用選編. 北京:航空航天大學(xué)出版社 作者簡介
龐宏綱(1972-) 男 工程師 工業(yè)自動化應(yīng)用系統(tǒng)研發(fā)。 |
66821730(技術(shù)支持)
