張國騫,何明，張瑋

　　(天津工業(yè)自動化儀表研究所有限公司，天津 300060)

       摘要：系統(tǒng)采用倍福PLC控制器對現場設備進行監(jiān)控，并采用Modbus_RTU協(xié)議采集清污機、閘板門、旋轉濾網、綜保裝置等設備的開關狀態(tài)和工作電流，分別上傳至操作員站和工程師站的上位機KingSCADA系統(tǒng)，同時兼?zhèn)銶odbus通信失敗報警功能。上位機接收到PLC采集的數據并顯示到監(jiān)控系統(tǒng)畫面，同時還將重要的監(jiān)控數據傳至主廠區(qū)DCS系統(tǒng)。由于泵站與主廠區(qū)距離較遠，光纜鋪設成本大且難維護，故采用基于GPRS的DTU點對點設備并利用Modbus-RTU進行485通信。

　　關鍵詞：監(jiān)控系統(tǒng)；Modbus-RTU； DTU；485通信

0引言

　　取水泵站作為主廠區(qū)的備用水源，設有6 kV變電站高低壓配電系統(tǒng)、水泵機組及控制測量設備、直流系統(tǒng)及電氣保護設備等，并在中控室設置一套計算機監(jiān)控系統(tǒng)對泵站重要設備進行實時監(jiān)控和運行管理。監(jiān)控系統(tǒng)采用計算機與PLC相結合的方式，并采用主控層和現場控制單元的分布式結構。主控層以工作站為監(jiān)控中樞，現場控制單元設有水泵機組現地控制單元LCU、配電設備現地控制單元LCU。

　　計算機監(jiān)控系統(tǒng)所監(jiān)測設備的信號類型可分為遠程I/O信號、4-20 mA信號和RS485信號。監(jiān)控系統(tǒng)在對以上信號進行監(jiān)控的同時，還通過無線DTU與主廠區(qū)DCS系統(tǒng)進行點對點通信，故可在主廠區(qū)也可對泵站設備進行監(jiān)控。

1系統(tǒng)方案

　　系統(tǒng)采用分布式結構［1］，主控層設有操作員站和工程師站各一臺，并配有KingSCADA組態(tài)軟件，便于現場運行人員觀察現場設備運行狀況，且便于開發(fā)人員對組態(tài)畫面進行修改；現場控制單元由主控柜、高低壓柜、1#電機柜、2#電機柜組成，并采用德國倍?？刂破鲗ΜF場設備進行監(jiān)視和控制，監(jiān)控范圍包括：泵組、閥門、電流表、電壓表、多功能表、綜保裝置、清污機、旋轉濾網、閘門等。主控柜與各分控站通過倍福光纖接口端子模塊連接起來，主控柜CPU模塊有4個百兆網口可與兩臺工作站通過工業(yè)以太網相連接，并采用OPC方式進行數據通信。系統(tǒng)配置圖如圖1所示。

2Modbus-RTU通信

　　Modbus-RTU是一種依托于RS485接口的通信協(xié)議，采用主從原則的應答機制進行通信，只設一個主站，最多可設247個子站。通信開始時，首先由主站向從站發(fā)送報文［2］，報文幀中包含從站的站號、進行讀或寫操作的功能碼、寄存器的起始地址、進行操作的字節(jié)長度和CRC校驗碼。相應的子站接收到報文后經校驗無誤后向主站返回所需數據的報文，返回的報文幀包含從站的站號、功能碼、寄存器的起始地址、進行操作的字節(jié)長度和CRC校驗碼。主站接收到返回的報文后進行校驗，如無誤則此次通信成功。

       2.1現場設備485通信

　　現場需要進行485通信的設備包括綜保裝置（2臺）、電壓表（2臺）、多功能表（4臺）、旋轉濾網（2臺）、清污機（2臺）、閘門（2臺）?？紤]到監(jiān)控數據的實時性，因此不采用一條總線連接所有設備的方式。各現場分控站均配有485通信模塊，每個485通信模塊負責某一種類型的設備的通信。同一類型的設備串在同一條485總線上，在程序中采用輪詢方式與總線上的各個設備進行通信。485通信示意圖如圖2所示。

　　由于倍?？刂破髯詭odbus功能塊CRC校驗的高低字節(jié)存儲順序與某些設備所支持的CRC校驗的高低字節(jié)存儲順序正好相反，故采用自由口發(fā)送報文并延時接收報文的方式進行通信。以多功能表的通信為例，首先為4塊多功能表確定站號（1-4），然后以500 ms為周期，依次向4塊多功能表發(fā)送報文，隨即等待接收多功能表返回的報文，并將接收到的報文存入相應的數組。由于數組中接收到的數據具有保持性，因此當出現通信失敗的情況時，容易誤導現場運行人員。故在每次對相應從站發(fā)送報文時，均對儲存接收報文的數組的前兩個字節(jié)進行清零，即表示返回數據站號和功能碼的兩個字節(jié)，然后在完成接收程序后比較站號和功能碼，如為零則通信失?。蝗缯咎柡凸δ艽a正確則通信正常。另外，對接收到的數據進行CRC校驗，如與接收到的CRC校驗不一致則舍棄此組數據。程序流程圖如圖3所示。

　　2.2主廠區(qū)485通信

　　本取水泵站距離主廠區(qū)約5 km，其間有農田、溝渠、公路等障礙，如采用光纜的方式進行通信，則鋪設和維護成本較大，且有一定難度，故采用基于GPRS的無線點對點通信設備——DTU進行通信。此種通信方式需要兩臺DTU設備分別安裝于取水泵站和主廠區(qū)，還需要一臺能夠連接Internet的計算機來連接兩臺DTU設備，除此之外還需要兩張開通GPRS功能的SIM卡。無線網絡示意圖如圖4所示。

　　DTU能通過基站將數據發(fā)送至Internet，但如果要使兩臺設備建立連接，則需要在具備Internet連接的計算機上運行虛擬串口軟件，用來連接兩臺DTU。簡單來說，即用能夠連接Internet的虛擬串口軟件傳遞兩臺DTU之間發(fā)送和接收的數據。另外，為保證主廠區(qū)與泵站監(jiān)控系統(tǒng)之間的485通信不占用過多的控制器資源，采用主廠區(qū)DCS系統(tǒng)直接從上位機獲取數據的方式。在上位機KingSCADA系統(tǒng)中單獨建立server鏈路（Modbus_RTU協(xié)議），對應端口為工程師站計

　　算機串口1，并將此串口用232-485轉換器與DTU相連，泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)便可以與主廠區(qū)DCS系統(tǒng)收發(fā)報文了。

3結論

　　本取水泵站監(jiān)控系統(tǒng)既能對泵組設備進行監(jiān)控，又能利用Modbus-RTU對子設備進行監(jiān)控，并兼?zhèn)?85通信失敗的報警功能。不僅如此，基于Modbus-RTU的無線DTU點對點通信方式成功替代了光纖通信，既節(jié)約了成本，又利于后期的維護。

　　參考文獻

　?。?］ 王義,何偉,李華興.Modbus-RTU協(xié)議在煤礦井下變電所監(jiān)控系統(tǒng)中的應用［J］.煤礦機電,2012(1):102-104.

　　［2］ 王兆華,孟文,王文璽.Modbus協(xié)議在變電站監(jiān)控組態(tài)軟件中的實現［J］.自動化與儀表,2007，22(3):46-50.