基于Modbus协议之电火花控制系统

摘  要：提出了一套基于Modbus协议之总线控制系统，分析了Modbus协议之特点，介绍了Modbus协议之内容及通信过程，给出了系统之软件实现方法，括系统流程图及部分校验代码。阳光电子学校维修专家分析认为：

关键词：Modbus，现场总线，电火花，RTU

0. 前言

　　国内之大多数电火花设备由于实时性等方面之要求，控制系统均是基于dos环境设计，这种系统能满足电加工之基本要求，但也大大影响了人机交互之改进以及远程通信等现代控制之要求;模块化结构可裁减性强，便于满足不同用户之需求，是系统深入发展之良好基础;专业化之信号采集设备及检测装置成为系统稳定和可靠运行之保障;应用网络技术，可做到信息处理综合化，智能化;与此同时，VB、VC以及各种组态软件之发展为人机界面及总线控制之发展之提供了良好之开发环境，使我们能够设计出更为合理及人性化之系统。阳光电子学校维修专家分析认为：本文试图将现场总线理论应用于电火花加工机床，并 终通过使用Modbus协议实现各设备之间之互联。阳光电子学校维修专家分析认为：[4]

　　现场总线是应用在生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信之系统，也被称为开放式，数字化，多点通信之底层控制网络。阳光电子学校维修专家分析认为：[5][6]在整个工厂之控制网络中，现场总线处于重要之基础地位。阳光电子学校维修专家分析认为：

1. 控制系统结构

　　1.1 系统基本结构

　　现场总线控制系统一般采用上位计算机结合下位智能仪表来实现控制功能。阳光电子学校维修专家分析认为：在本系统中，由于系统之检测装置简单易用，因此采用微控制器来读取信号并 终传输给上位机。阳光电子学校维修专家分析认为：一般来说，总线系统主要括变送器，总线和检测站。阳光电子学校维修专家分析认为：在本套系统中，微控制器和检测装置成为智能仪表即变送器，它作为从机使用，但确是系统之核心部件，而上位机即检测站主要完成人机交互之任务以及一些优化、复杂计算和控制之功能。阳光电子学校维修专家分析认为：个性化之人机界面以及标准化之总线结构设计，可方便之扩展系统之控制功能。阳光电子学校维修专家分析认为：

　　整套系统结构图如图1所示，系统 主要括一个服务器，一台pc机，三个微控制器及相关检测设备。阳光电子学校维修专家分析认为：

图1 系统结构图

　　这几层之工作主要括：

　　1.  底层为数据采集层，需要从现场采集实时之数据，比如油温，油面高度等。阳光电子学校维修专家分析认为：三个微控制器作为现场控制层之核心器件，每个被赋予唯一之本机地址用以识别身份。阳光电子学校维修专家分析认为：微控制器即变送器也是整个系统之核心设备，其作用主要是采集间隙电压，液位油温，限位报警，手控盒控制等实时数据，自动实现伺服控制，自动灭火，风扇开关，定时抬刀等功能，并同时将数据输出到modbus现场总线测控网络。阳光电子学校维修专家分析认为：

　　2. 现场控制层之任务是将所有之加工状态通过双脚电缆送至控制室之监控计算机，组成现场总线网络，而在此网络中，所有传输之信息均遵循modbus协议。阳光电子学校维修专家分析认为：Modbus现场总线将现场变送器和检测站连接成一个测控网络，实现电火花加工之监测计量与管理。阳光电子学校维修专家分析认为：

　　3. 工厂监控层安装人机界面软件，负责监视所有加工参数即电规准，以及所有相关数据之显示及键盘输入信息处理等人机交互过程。阳光电子学校维修专家分析认为：pc机作为监控计算机，通过以太网连接到远程管理中心，实现向上进行网络运行;监控计算机可以安装moden，通过现场进行单击操作。阳光电子学校维修专家分析认为：

　　4.  上层为远程管理层，可以由以太网，top等局域网段组成，一般设服务器，pc机与服务器之间通过以太网卡，网关相连，也可通过路由器连接至广域网。阳光电子学校维修专家分析认为：服务器是系统之外扩部分，可以选用。阳光电子学校维修专家分析认为：

　　1.2 物理实现

　　目前，可以通过下列三种方式实现Modbus通信：以太网上之TCP/IP;各种介质（有线：EIA/TIA-232-F、EIA-422、EIA/TIA-485-A;光纤、无线等）上之串行链路上传输;Modbus PLUS，一种高速令牌传递网络。阳光电子学校维修专家分析认为：选择何种实现方式主要是依据他所连接之设备所处之地位。阳光电子学校维修专家分析认为：一般采用标准之232口即可，但由于计算机上之rs232传送之距离不超过30m，因此可以选用485接口。阳光电子学校维修专家分析认为：除此之外，422口也为标准串行数据接口，表1列出了他们之间之主要差别。阳光电子学校维修专家分析认为：本套系统采用了隔离之RS-485通信方式来提供对Modbus之硬件支持。阳光电子学校维修专家分析认为：

表1 有线介质传输性能对比表

　　Modbus系统是一种主从网络，容许一个计算机和一个或多个从机通信。阳光电子学校维修专家分析认为：当在Modbus网络上通信时，每个控制器都有自己之设备地址，主机识别按地址发来之消息，并决定要产生何种行动。阳光电子学校维修专家分析认为：当在其他网络上传输时，含了Modbus协议之消息转换为在此网络上使用之帧或结构。阳光电子学校维修专家分析认为：阳光电子学校认为：控制器既可以作为主设备也可以作为从设备, 但不能两者同时兼备。阳光电子学校维修专家分析认为：

　　根据各种设备之不同接口，总线上还可以串联打印机等设备，也可以将这些设备直接连接至监控计算机之打印机端口或USB口，实现通信。阳光电子学校维修专家分析认为：

　　芯片要根据所接收之信息进行选择，如果是数字量，则 常见之单片机或pic微控制器等均可选用，如果是模拟量如间隙电压，则要选择带模拟端口之芯片。阳光电子学校维修专家分析认为：

　　电缆选择可以根据所选择之传输通道及距离来确定，这里选用之是带屏蔽之双绞电缆。阳光电子学校维修专家分析认为：

2 Modbus协议

　　Modbus协议是OSI模型第七层上之应用层报文传输协议，它在连接至不同类型总线或网络之设备之间提供客户机/服务器通信。阳光电子学校维修专家分析认为：互联网组中已经保留TCP/IP系统端口502用以访问Modbus，Modbus协议已经成为一种流行之工业控制传输标准。阳光电子学校维修专家分析认为：

　　2.1 协议内容

　　Modbus协议定义了消息与格式和内容之公共格式，主要采用命令/应答方式，每一种命令报文都对应着一种应答报文，命令报文由主站发出，当从站收到后，就发出相应之应答报文进行相应。阳光电子学校维修专家分析认为：Modbus之信息帧括站点、字节长度、功能码、操作地址、操作数据、CRC校验值等。阳光电子学校维修专家分析认为：在Modbus系统中有两种有效之传递模式即ASCII（美国标准信息交换码）和RTU（远程终端装置）模式。阳光电子学校维修专家分析认为：内容格式及字符长度如下：[2]

　　由于RTU模式传输位数少，使用方便，本文内容均采用RTU模式。阳光电子学校维修专家分析认为：

　　2.2 通信过程

　　Modbus主从节点之间通信过程大致为：

　　（1）从节点通过特定之端口与主节点建立连接

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