西门子PLC与英格索兰压风机之间的Modbus通信.pdf

2 0 1 3年第 1 期 孟彬等 西门子 P L C与英格 索兰压风机之 间的 Mo d b u s 通信 1 1 9 Ab s t r a c t F o r p r o b l e m t h a t i t i s d i f f i c u l t t o o n l i n e mo n i t o r mu l t i p a r a me t e r s o f I n g e r s o l l Ra n d a i r c ompr e s s o r b e c a us e t he a i r c o m p r e s s o r h a s f e w h a r d c o nt a c t s ，t he pa p e r p r op os e d s t r uc t u r e a nd f unc t i o ns o f a c e nt r a l i z e d c on t r oI s ys t e m o f mi ne us e d a i r c o m p r e s s o r b a s e d on M o db us c o mm un i c a t i o n mod e，a n d f o c u s e d o n r e a l i z a t i on of M od bu s c omm u ni c a t i on me t ho d be t we e n Si e me ns S7 3 00 PLC a nd t h e a i r c o mpr e s s o r ．The c o mm un i c a t i o n m e t ho d i s s i m p l e i n ha r d c o nf i g ur a t i o n a s we l l a s c l e a r i n pr og r a m mi n g， a nd c a n r e a l - t i me l y c ol l e c t 3 l o t o f wo r ki ng pa r a m e t e r s o f t he a i r c ompr e s s or wi t h ou t a n y o t he r s e ns o r s ． Th e op e r a t i o n r e s u l t s ho we d t ha t t h e s ys t e m r u ns n or ma l l y wi t h h i gh r e l i a b i l i t y． Ke y wo r ds mi ne u s e d a i r c o mpr e s s o r ； r e m o t e c e nt r a l i z e d c on t r ol ；o nl i n e m o ni t or i n g；Si e m e ns PLC； M o dbl 】 S c o m m u nj c a t i on 0引 言 2压风 机 集控 系统控 制功 能 英格索兰螺杆式压风机在 中国煤炭行业中的投 用量 较 大 ， 其 自带 的成 套 电 控 系 统 的远 程 控 制 硬 接 点 一般 只有启 停 、 加 卸载 等 ， 其 安全运 行监 控 参数 如 运 行 时 间 、 加 载 点 、 卸 载 点 、 排气 温 度 、 排 气 压 力 、 真 空 度 、 喷油 温度等 只 能 以通 信方 式传 出 ， 因此通 过 硬 接 点接人 P L C I ／ 0 口的 方 式 无 法 可靠 实 现 英 格 索 兰 压风 机 的在线 集 控 _ 1 ] 。本 文针 对基 于西 门子 S 7 3 0 0 P L C的压风 机集 控 系统 ， 采 用 Mo d b u s 主从 串 口 通信方 式实现 了多台压风机设 备 的在线 监控功能 。 1 压风 机 集控 系统 结构及 通信 方式 煤 矿压 风机 集控 系统结 构 如 图 1 所 示 。系统 控 制 核心 为 S 7 3 0 0 P L C。该 P L C具有 很 高 的电磁兼 容性 和 抗 震 动 、 抗 冲 击 能 力 ] ， 温 度 范 围大 。P L C 控 制站采 用 2个 配有各 种模 块 的机架 。主机架 上扩 展 的 C P 3 4 1 模 块 为 Mo d b u s主站 ， 英 格 索兰 压 风 机 电控 系统 的 网关 X I RI 为 Mo d b u s RT U 从 站 ， 系 统 以 Mo d b u s主从 串 口通 信方 式实 现对 3台压 风机 的集 中监 控 。P L C配有 以太 网接 口 ， 与安 装 了 i F I X 的工程师 站 构成 S C AD A 系统 。控 制柜 人机 界 面 采 用威 纶 MT 8 0 0 0触摸 屏设 计 ， 其 通过 以太 网 与 P L C 交换 数据 。整个压 风机 集控 系 统可作 为子 系统 通过 工业 以太 环 网接人 煤矿 安全 监控 系统 。 集控室主机 集控室各机 压风机房 工程师站 图 1 压 风机 集控 系统结构 图 2为安徽 恒源 煤 电股 份 有 限公 司五沟煤 矿压 风 机房 的管 路流程 ， 图 中 只 给 出 了 3台英 格 索 兰压 风 机 ， 省略 了 3台其 他 品牌 的压 风 机设 备 。该 流程 工 艺简 单且 没有 考 虑冗 余 处 理 ， 对 于无 人 值 守 系统 的安全 可靠 性要 求较 高 。 1 4号 压 风机 整 机 ； 2 - 4号 压 风 机 机 头 压 力 ； 3 4号压风机 出口电动闸阀； 4 - 4号风包温度传感器 ； 5 4号风包压 力传感器 ； 6 - 4号风包排污电动球阀； 7 一 总管压力传感器 ； 8 - 总管流量计 图 2 压 风机房系统工艺流程 压 风机 集控 系 统 建成 后 ， 压 风 机 能 够 避 峰就 谷 用 电 ， 各 压 风 机 可 时 均 控 制 ， 实 现 无 人 值 守 恒 压 供 风 。本文 重 点讨论 S 7 ， 一 3 0 0 P L C与英格 索 兰压 风机 之间的 Mo d b u s 通信 。C P 3 4 1为点对点 串口通信模 块 ， 其 R S 4 8 5端 口通信能力强 。RS 4 8 5接 口大多连 接 成 半 双 工 通 信 方 式l_ 3 ] ， 本 文 将 C P 3 4 1作 为 Mo d b u s 主 站 ， 以半 双 工 方 式 读 写 3台英 格 索 兰 压 风 机从站 。以 Mo d b u s 通 信方式 对 各压风 机 进 行集 控 ， 节省 了 布线 ， 控 制稳 定 ， 便 于维护 ， 保证 了集 控 系 统 功能 的可靠 实 现l_ 5 ] 。 3主 站通信 程序 设计 3 ．1 M o dbu s协 议 Mo d b u s 协议 是 Mo d i c o n公 司推 出的一 个 开放 式通 信协 议 ] 。该 协议 定义 了一个 控 制器 能认 识使 用的消息结构 ， 而不管它们是通过何种网络通信 ； 描 述 了如 何访 问、 如何 回应及 处 理错误 ， 指 定 了消息 域 和 内容 的公 共格 式 ， 可 实 现 不 同 厂商 设 备 的 相 互 通 1 2 O 工矿 自动 化 2 0 1 3年 第 3 9卷 信 _ 7 j 。 Mo d b u s 系统间的数据交换 由功能码 F C 分数 据 类型 进 行 。Mo d b u s 位 操 作 功 能 码 F C O 1 读 输 出线 圈状 态 ； F C 0 2 读 输 入状 态 ； F C O 5 写 单个 线 圈 ； F C 1 5 写 多 个 线 圈 。Mo d b u s 字 操 作 功 能码 F C O 3 读 保 持 寄存 器 ； F C O 4 读 输 入 寄存 器 ； F C 0 6 预 置单 个 寄存 器 ； F C1 6 预 置 多个寄存器。英格索兰压风机 Mo d b u s 通信仅提供 了字地址 ， 而 控制 指令 在 同一 字 中 ， 因此 压风 机集 控 系统 的 P L C通信程序 中只涉及 F C 0 3和 F C 0 6这 2个功 能码 的使 用 。 Mo d b u s 主从 通信 的 消 息 帧 结 构 为 地 址 一 功 能 码一 数据一C R C校 验 。其 中地 址 为 Mo d b u s从 站 地 址 ， 长度 为 1 个 字节 ， 取 值范 围 为 1 ～2 5 5 ； 功 能 码 长 度 为 1 个 字 节 ， 表示 向从 站发 送何 种命 令 ； 数 据为 消 息 帧数据 ， 代表 地址 、 长度 或 数据 等 ； C R C校 验 为 消 息 帧校验 和 。例如 读 6号从 站 4 0 0 0 2 ～ 4 0 0 1 0的数 据 ， 其发送 指令 为 十六进 制表 示 的消息 帧 “ O 6 O 3 0 0 0 1 O 0 0 9 x x x x” 。其 中“ x x x x ” 为 C R C校验 字 ， 其 值为 生成 的校验 数据 ； “ 0 0 0 1 ” 表示 寄存 器首 地址 为 1 ， 对 应 Mo d b u s 地 址 4 0 0 0 2 ； 而 “ O 0 O 9 ” 标示 长度 为 9 个 字 ， 即读 到 4 0 0 1 0 。 3 ． 2主站 通信 程序 控制 流程 通过 Mo d b u s 通信 方式控 制 的英格 索兰 压 风机 从站的地址分别为 6 、 5 、 4 。每台压风机 的位控制均 集 中 在 第 一 个 寄 存 器 中 ， 即 Mo d b u s地 址 4 0 0 0 1 。 英格 索兰 压 风 机 开 关 量 的控 制 以字 代 替 各 个 位 进 行 。集控 系统读 出的每 台风机 的状态 或参 数保 存在 连续 的 寄存 器 中 ， 地 址 为 4 0 0 0 1 ～ 4 0 0 0 8共 8个 字 。 图 3为 主站通 信程 序控制 流程 。 图 3 主站通信程序控制流程 4 结语 煤矿 压 风机集 控 系统采 用 Mo d b u s 方 式 实现 西 门子 S 7 3 0 0 P I C与英格 索兰 压风 机之 间 的主从 站 通信， 硬件配置简单， 程序条理清晰， 维护方便 ， 能实 时采集压风机内的大量数据 ， 无需另配检测传感器。 该 系统 于 2 0 1 1 年 3月 在五 沟煤矿 投运 ， 至今 运行 良 好 ， 可靠 性高 。 参考文献 [ 1 ] 张赞东． 浅析加强煤 矿安全 生产管 理 的思 考 [ J ] ． 城 市 建设理论研究 ， 2 0 1 1 2 7 ． [ 2 ] 廖常初． S 7 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C应用 技术 [ M] ． 北京 机械 工 业 出版 社 ， 2 0 0 7 1 2 - 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