基于Modbus協議的電火花控制系統

摘  要：提出了一套基于Modbus協議之總線控制系統，分析了Modbus協議之特點，介紹了Modbus協議之內容及通信過程，給出了系統之軟件實現方法，括系統流程圖及部分校驗代碼。陽光電子學校維修專家分析認為：

關鍵詞：Modbus，現場總線，電火花，RTU

0. 前言

　　國內之大多數電火花設備由于實時性等方面之要求，控制系統均是基于dos環境設計，這種系統能滿足電加工之基本要求，但也大大影響了人機交互之改進以及遠程通信等現代控制之要求;模塊化結構可裁減性強，便于滿足不同用戶之需求，是系統深入發展之良好基礎;專業化之信號采集設備及檢測裝置成為系統穩定和可靠運行之保障;應用網絡技術，可做到信息處理綜合化，智能化;與此同時，VB、VC以及各種組態軟件之發展為人機界面及總線控制之發展之提供了良好之開發環境，使我們能夠設計出更為合理及人性化之系統。陽光電子學校維修專家分析認為：本文試圖將現場總線理論應用于電火花加工機床，并 終通過使用Modbus協議實現各設備之間之互聯。陽光電子學校維修專家分析認為：[4]

　　現場總線是應用在生產現場，在微機化測量控制設備之間實現雙向串行多節點數字通信之系統，也被稱為開放式，數字化，多點通信之底層控制網絡。陽光電子學校維修專家分析認為：[5][6]在整個工廠之控制網絡中，現場總線處于重要之基礎地位。陽光電子學校維修專家分析認為：

1. 控制系統結構

　　1.1 系統基本結構

　　現場總線控制系統一般采用上位計算機結合下位智能儀表來實現控制功能。陽光電子學校維修專家分析認為：在本系統中，由于系統之檢測裝置簡單易用，因此采用微控制器來讀取信號并 終傳輸給上位機。陽光電子學校維修專家分析認為：一般來說，總線系統主要括變送器，總線和檢測站。陽光電子學校維修專家分析認為：在本套系統中，微控制器和檢測裝置成為智能儀表即變送器，它作為從機使用，但確是系統之核心部件，而上位機即檢測站主要完成人機交互之任務以及一些優化、復雜計算和控制之功能。陽光電子學校維修專家分析認為：個性化之人機界面以及標準化之總線結構設計，可方便之擴展系統之控制功能。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　整套系統結構圖如圖1所示，系統 主要括一個服務器，一臺pc機，三個微控制器及相關檢測設備。陽光電子學校維修專家分析認為：

圖1 系統結構圖

　　這幾層之工作主要括：

　　1.  底層為數據采集層，需要從現場采集實時之數據，比如油溫，油面高度等。陽光電子學校維修專家分析認為：三個微控制器作為現場控制層之核心器件，每個被賦予唯一之本機地址用以識別身份。陽光電子學校維修專家分析認為：微控制器即變送器也是整個系統之核心設備，其作用主要是采集間隙電壓，液位油溫，限位報警，手控盒控制等實時數據，自動實現伺服控制，自動滅火，風扇開關，定時抬刀等功能，并同時將數據輸出到modbus現場總線測控網絡。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　2. 現場控制層之任務是將所有之加工狀態通過雙腳電纜送至控制室之監控計算機，組成現場總線網絡，而在此網絡中，所有傳輸之信息均遵循modbus協議。陽光電子學校維修專家分析認為：Modbus現場總線將現場變送器和檢測站連接成一個測控網絡，實現電火花加工之監測計量與管理。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　3. 工廠監控層安裝人機界面軟件，負責監視所有加工參數即電規準，以及所有相關數據之顯示及鍵盤輸入信息處理等人機交互過程。陽光電子學校維修專家分析認為：pc機作為監控計算機，通過以太網連接到遠程管理中心，實現向上進行網絡運行;監控計算機可以安裝moden，通過現場進行單擊操作。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　4.  上層為遠程管理層，可以由以太網，top等局域網段組成，一般設服務器，pc機與服務器之間通過以太網卡，網關相連，也可通過路由器連接至廣域網。陽光電子學校維修專家分析認為：服務器是系統之外擴部分，可以選用。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　1.2 物理實現

　　目前，可以通過下列三種方式實現Modbus通信：以太網上之TCP/IP;各種介質（有線：EIA/TIA-232-F、EIA-422、EIA/TIA-485-A;光纖、無線等）上之串行鏈路上傳輸;Modbus PLUS，一種高速令牌傳遞網絡。陽光電子學校維修專家分析認為：選擇何種實現方式主要是依據他所連接之設備所處之地位。陽光電子學校維修專家分析認為：一般采用標準之232口即可，但由于計算機上之rs232傳送之距離不超過30m，因此可以選用485接口。陽光電子學校維修專家分析認為：除此之外，422口也為標準串行數據接口，表1列出了他們之間之主要差別。陽光電子學校維修專家分析認為：本套系統采用了隔離之RS-485通信方式來提供對Modbus之硬件支持。陽光電子學校維修專家分析認為：

表1 有線介質傳輸性能對比表

　　Modbus系統是一種主從網絡，容許一個計算機和一個或多個從機通信。陽光電子學校維修專家分析認為：當在Modbus網絡上通信時，每個控制器都有自己之設備地址，主機識別按地址發來之消息，并決定要產生何種行動。陽光電子學校維修專家分析認為：當在其他網絡上傳輸時，含了Modbus協議之消息轉換為在此網絡上使用之幀或結構。陽光電子學校維修專家分析認為：陽光電子學校認為：控制器既可以作為主設備也可以作為從設備, 但不能兩者同時兼備。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　根據各種設備之不同接口，總線上還可以串聯打印機等設備，也可以將這些設備直接連接至監控計算機之打印機端口或USB口，實現通信。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　芯片要根據所接收之信息進行選擇，如果是數字量，則 常見之單片機或pic微控制器等均可選用，如果是模擬量如間隙電壓，則要選擇帶模擬端口之芯片。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　電纜選擇可以根據所選擇之傳輸通道及距離來確定，這里選用之是帶屏蔽之雙絞電纜。陽光電子學校維修專家分析認為：

2 Modbus協議

　　Modbus協議是OSI模型第七層上之應用層報文傳輸協議，它在連接至不同類型總線或網絡之設備之間提供客戶機/服務器通信。陽光電子學校維修專家分析認為：互聯網組中已經保留TCP/IP系統端口502用以訪問Modbus，Modbus協議已經成為一種流行之工業控制傳輸標準。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　2.1 協議內容

　　Modbus協議定義了消息與格式和內容之公共格式，主要采用命令/應答方式，每一種命令報文都對應著一種應答報文，命令報文由主站發出，當從站收到后，就發出相應之應答報文進行相應。陽光電子學校維修專家分析認為：Modbus之信息幀括站點、字節長度、功能碼、操作地址、操作數據、CRC校驗值等。陽光電子學校維修專家分析認為：在Modbus系統中有兩種有效之傳遞模式即ASCII（美國標準信息交換碼）和RTU（遠程終端裝置）模式。陽光電子學校維修專家分析認為：內容格式及字符長度如下：[2]

　　由于RTU模式傳輸位數少，使用方便，本文內容均采用RTU模式。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　2.2 通信過程

　　Modbus主從節點之間通信過程大致為：

　　（1）從節點通過特定之端口與主節點建立連接

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