基于Modbus协议的定量装车控制系统设计

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1、基丁Modbus协议的定量装车控制系统设计［摘耍］根据定量装车过程中复杂的工艺参数监视和设备控制问题，提出了一种基于Modbus协议的自动监控系统。实现上位机服务端与上位机客户端之间的数据通讯，以及上位机客户端与下位机之间的监控。本文主要介绍了该系统的软件部分的设计和实现，并完整阐述了Modbus协议命令的实现。目前，该系统已经成功投入使用，实践表明其设计简约，使用方便，监控安全可靠，很好地满足了业务需求。［关键词］Modbus；监控；功能码1引言在油库和各种石化单位，定量装车作业十分繁忙，装车操作过程又要求相对精确。

2、更加重要的是，涉及石化产品具有一定危险性。为了提高了装车精度和效率，降低损耗，减轻工人的劳动强度，同时尽可能保证安全作业，本文设计了基于Modbus协议的定量装车自动监控系统,并交付某公司使用。实际应用表明系统监控画面直观，人员操控方便,具备一定的主动安全保障能力。2Modbus协议Modbus通信协议是美国Modicon公司开发的一种通信协议，它采用Master/Slave方式工作，一个主站可以连接多个从站，从站只能根据主站的请求作出相应的应答。它是一种开放、标准、免收许可费的通信协议。目前该协议已经广泛应用于自动化

3、控制和测控仪表，并且已经成为我国工业自动化网络协议规范的国家标准之一。Modbus协议有2种传输模式，即RTU模式和ASCII模式,相对于ASCII模式，RTU模式表达相同的信息需要较少的位数，且在相同通信速率下具有更大的数据流量，因此本系统选用该模式完成设计与实现。Modbus协议的采用LRC和CRC两种校验模式来保证控制命令传输无误。本文采用CRC-16校验方式，该方式会根据当前发送或接收的命令字节码，计算对应的2个字节的CRC校验码。并将其加到命令字节码之后一并发送，组合之后的命令字节码格式为：系统在实现过程中，

4、考虑到最终将会采用普通的X86系列PC机作为监控终端，而该型机都是big-endian方式做多字节数据存储，与Modbus协议要求的little-endian刚好相反，CRC的计算结果必须满足这一要求。本文稍微调整了CRC-16校验码的产生方式如下：Stepl：将OxFFFF装入CRC寄存器；Step2：将命令字节码的第一个字节与CRC寄存器异或，结果存放在CRC寄存器中；Step3：CRC寄存器右移1位，高位填充0;Step4：检查CRC寄存器的最低有效位，如果该位为0,则重复Step3；如果该位为1,则将CRC寄存

5、器的值与OxAOOl异或；Step4：重复Step3和4,直到完成8次移位之后，完成命令字节码中的对一个字节的处理；Step5：对命令字节码的下一个字节重复Step2到Step5的处理，直到所有的字节都处理完成为止；Step6：最终CRC寄存器中的内容就是该条命令字节码对应的CRC校验值；例如，某命令字节数据［1丨15

6、025

7、012

8、2

9、1683

10、216120］的含义为：给1号地址设备15号命令(写多个线圈)，从它的25号起始地址开始(025),连续写12个线圈(012),写入内容为命令数据区的10101000001

11、1(1683),根据命令计算出CRC校验码为(216120)。3系统工作原理本系统采用典型的RS232/485总线将上位机服务器端、上位机客户端以及各个下位机组成一个工业可控以太网，各下位机选取符合Modbusplus规范的相关设备，便于直接获取的操作过程中的各种数据信息，并封装成协议标准进行传输和通讯。主操作界面如图1所示。系统工作原理框架如下：(1)下位机通过传感器采集温度计、流量计、比重计等和关数据，并封装成Modbus协议格式数据供上位机客户端查询。(2)上位机客户端通过串口和桥接器连接各个下位机，利用多线程串

12、口读取函数主动进行数据收集,下位机按照上位机客户端的要求回传相应数据。然后，上位机客户端将收到的数据按功能码进行解析，并以图例、表格、文本等多种形式实时显示和记录。(3)上位机服务器端通过TCP/IP网络与各个上位机客户端相连，对多个上位机客户端的状态信息进行收集、分析和存档，并通过主动发送命令的方式给上位机指令，进而通过上位机客户端给下位机下达控制命令，达到“监视一一控制”双功能。4软件系统设计上位机服务器通过接收Modbus请求，与上位机客户端进行交互，并对操作过程实时监控，利用成熟的数据库管理系统，接收、存储、处

13、理和备份整个过程中产生的所有数据，为客户提供服务，并为进一步的数据分析提供历史依据。上位机服务器端主要功能包括：(1)系统管理：该模块包括了各类管理员，操作人员的用户注册，授权和管理等等，防止非法操作人员恶意登录造成操作失误，也避免非授权操作员随意更改系统工作参数可能造成系统运行偏差。(2)数据库管理：该部分模块选择成熟的数据库管