MODBUS通信協議在水位自動監管中應用

饒君英

水位自動監管系統主要對管理范圍內的水位高度進行監管，以PLC與全天候高清數字圖像采集系統相集合，通過網絡化控制技術，于集中監控系統中實時收集所有水閘監控點的實時信息，以及實現水閘的遠程控制，有更高的安全性。

【關鍵詞】MODBUS協議 自動監管 應用

1 系統總體設計

水位自動監控系統主要對轄區范圍內各水閘監控點的水位高度，水閘開關狀況，實時圖像進行遠程的集中監控，告警以及水文信息歷史記錄等功能。替代了原有的人員分點巡視的工作方式，實現無人守值的24小時不間斷監控，有更高的安全性。

2 監控中心傳輸網絡設計

水位自動監控系統以PLC與全天候高清數字圖像采集系統相集合，通過網絡化控制技術，于集中監控系統中實時收集所有水閘監控點的實時信息，以及實現水閘的遠程控制。系統分為兩大部分，第一部分為分布于每一個水閘監控點內的現場監控模組；第二部分為位于中控室的集中控制系統。集中控制系統由水閘集中監控軟件，歷史數據存儲系統，實時多屏監控系統，聲光告警裝置，不間斷電源UPS供電系統等組成

3 平臺軟件設計

現場監控模組由PLC控制系統，全天候高清數字圖像采集系統，水閘閥控裝置，水位檢測器，網絡模組，UPS供電系統等組成。建立自動檢測水位項目工程，保證水位正常。水利自動監管系統實現24小時自動監控，是以減少人力投入為基礎，促進水位自動化管理體系，使用PLC與C語言程序結合的控制系統。

考核指標：

（1）水位檢測：通過現場多個傳感器檢測現場水位波動情況，獲取實時水位信息，反映至中控室的集中控制系統。

（2）信號傳輸：使用屏蔽線以及MODBUS通信協議進行高效，準確的信號傳輸，避免干擾以及錯誤信息的傳輸。MODbuss是應用協議，有兩種模式ASCII，RTU。傳輸介質是網線、串口線。網線需要在TCP傳輸層上包一個頭，用特殊的502端口。MODBUS的三種方式：TCP、RTU、ASCLL，通訊方式是通過串口形式通訊，走232或485通訊方法，TCP的通訊方法是TCPIP是通過以太網形式通訊，MODBUS包含三種方式：TCP、RTU、ASCLL、ASCLL通訊方式是通過串口形式通訊。

modbus協議和modbus tcp/ip協議的區別，按應用協議的物理方式，Modbus協議用于串行鏈接，是RS232/422/485的任何一種，有兩種類型：Modbus RTU和Modbus ASCII；Modbus TCP/IP協議通常用于以太網鏈接，RJ45接口。Modbus協議是應用層協議，TCP/UDP協議是傳輸層協議，不是層級并列關系。Modbus協議像總經理，TCP/UDP協議是公司里的商務車。若一端用的是Modbus TCP協議，另一端用TCP協議，僅是數據包到達另一端，數據包沒有得到處理，通信的目標沒有完成。Modbus rtu和Modbus tcp兩個協議的都是MODBUS協議，都是靠MODBUS寄存器地址進行數據交換；進行IP環境下數據傳輸，即一臺計算機發出的字節流無差錯的發到網絡上其他計算機，計算機A接收數據包時，向計算機B回發數據包，產生部分通信量，全雙工多路復用服務，進行端到端傳輸。UDP面向非連接、傳輸不可靠、傳輸少量數據。標準的Modicon控制器采用RS232C串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU協議約定好消息、數據的結構、命令和應答方式，通訊采用Maser/Slave方式。

Modbus協議要對數據進行校驗，串行協議要進行奇偶校驗，ASCII模式采用LRC校驗，RTU模式用16位CRC進行校驗，Modbus TCP模式沒有規定校驗，可靠協議。Modbus協議包括ASCII、RTU、TCP，S7-200 CPU224 CN 和S7-200 CPU226 CN 進行通訊。寫好通訊指令后下載到micro/win里面，S7-200有兩個通訊口Port0、Port1，兩個口可以做mobus主站，port0可以做modbus的從站，用PLC進行連接時，Port0連PPI線上，一臺做主站，一臺做從站，地址在程序庫中調用時在進行設置，先不用接線圖，可以通訊就行，Port0都接在PPI電纜上，CPU224 只有一個port0口，先把主站程序通過PPI下載到PLC里面，然后把從站指令通過PPI下載到另外的PLC上。若CPU程序運行走modbus，編程軟件失去通訊，modbus庫是單獨下載，要把兩個PLC的三個通訊口都接在PPI上，先把224的Port0系統塊地址設置為2，226的Port0系統塊地址設置為3，226的Port1地址設置為4，224的mobus從站地址設置為2，226的Port0的主站mobus地址為3，在224程序中把一個mobus訪問區W100復制到QW0上，在226程序內設置VW100去和224的VW100同步，下載PLC后，226設置VW100，224QW0外部DO燈是否按照VW100的數據進亮燈，即連通。協議的實現與編程環境無關，用多種語言都可以，如果是嵌入式的用C語言。中控室的集中控制系統分為以下幾點：

（1）信息收集。由現場檢測裝置通過信號的形式直接連接PLC裝置，以獲取最新的實時信息，控制系統以實時曲線形式在全天候高清數字圖像采集系統中反映出來，并且每個水位檢測裝置都有對應的曲線，以便查看不同位置的水位變化情況。水位變化曲線時間軸可根據需要調整。

（2）信息處理與情況分析。系統自動把收集到的數據進行分析計算，當檢測水位達到限定高水位百分之九十五時，全天候高清數字圖像采集系統高水位指示燈閃爍預警，集中控制系統發出信號給PLC系統，PLC系統控制動作裝置進入預備放水狀態，一旦水位高于限定高水位，動作裝置啟動放水降低水位，直到水位到達正常范圍；當檢測水位達到限定低水位時，全天候高清數字圖像采集系統高水位指示燈閃爍報警，PLC系統控制動作裝置立即補充水量，直到水位到達正常范圍；當水位波動范圍過大時，異常報警器響起，并且在全天候高清數字圖像采集系統顯示異常原因、故障點、以及應對方案。

（3）記錄入檔。可通過以太網把數據發送到計算機設備，以方便入檔。通過全天候高清數字圖像采集系統事件記錄功能隨時可翻看過去發生事件以及每個測試點水位的變化情況。

自動水位起動系統在國內水平先進，各項性能可進行現場測試，視頻監控系統主要負責對水位區域視頻監視，同時能與其它子系統進行報警聯動，滿足水位達到正常運行的要求。除了常規視頻監控外，還采用智能視頻分析，以此提高系統的實用價值。視頻監控系統要求是一個技術先進、成熟可靠、性能優越、擴展靈活、人機對話界面清晰、操控簡便，便于監控和配置；采用穩定易用的硬件和軟件，完全不需借助任何專用維護工具，既降低了對管理人員進行專業知識的培訓費用，又節省了日常頻繁維護的費用。

作者單位

撫州職業技術學院 江西省撫州市 344000