MODBUS通信协议在水位自动监管中应用

饶君英

水位自动监管系统主要对管理范围内的水位高度进行监管，以PLC与全天候高清数字图像采集系统相集合，通过网络化控制技术，于集中监控系统中实时收集所有水闸监控点的实时信息，以及实现水闸的远程控制，有更高的安全性。

【关键词】MODBUS协议 自动监管 应用

1 系统总体设计

水位自动监控系统主要对辖区范围内各水闸监控点的水位高度，水閘开关状况，实时图像进行远程的集中监控，告警以及水文信息历史记录等功能。替代了原有的人员分点巡视的工作方式，实现无人守值的24小时不间断监控，有更高的安全性。

2 监控中心传输网络设计

水位自动监控系统以PLC与全天候高清数字图像采集系统相集合，通过网络化控制技术，于集中监控系统中实时收集所有水闸监控点的实时信息，以及实现水闸的远程控制。系统分为两大部分，第一部分为分布于每一个水闸监控点内的现场监控模组；第二部分为位于中控室的集中控制系统。集中控制系统由水闸集中监控软件，历史数据存储系统，实时多屏监控系统，声光告警装置，不间断电源UPS供电系统等组成

3 平台软件设计

现场监控模组由PLC控制系统，全天候高清数字图像采集系统，水闸阀控装置，水位检测器，网络模组，UPS供电系统等组成。建立自动检测水位项目工程，保证水位正常。水利自动监管系统实现24小时自动监控，是以减少人力投入为基础，促进水位自动化管理体系，使用PLC与C语言程序结合的控制系统。

考核指标：

（1）水位检测：通过现场多个传感器检测现场水位波动情况，获取实时水位信息，反映至中控室的集中控制系统。

（2）信号传输：使用屏蔽线以及MODBUS通信协议进行高效，准确的信号传输，避免干扰以及错误信息的传输。MODbuss是应用协议，有两种模式ASCII，RTU。传输介质是网线、串口线。网线需要在TCP传输层上包一个头，用特殊的502端口。MODBUS的三种方式：TCP、RTU、ASCLL，通讯方式是通过串口形式通讯，走232或485通讯方法，TCP的通讯方法是TCPIP是通过以太网形式通讯，MODBUS包含三种方式：TCP、RTU、ASCLL、ASCLL通讯方式是通过串口形式通讯。

modbus协议和modbus tcp/ip协议的区别，按应用协议的物理方式，Modbus协议用于串行链接，是RS232/422/485的任何一种，有两种类型：Modbus RTU和Modbus ASCII；Modbus TCP/IP协议通常用于以太网链接，RJ45接口。Modbus协议是应用层协议，TCP/UDP协议是传输层协议，不是层级并列关系。Modbus协议像总经理，TCP/UDP协议是公司里的商务车。若一端用的是Modbus TCP协议，另一端用TCP协议，仅是数据包到达另一端，数据包没有得到处理，通信的目标没有完成。Modbus rtu和Modbus tcp两个协议的都是MODBUS协议，都是靠MODBUS寄存器地址进行数据交换；进行IP环境下数据传输，即一台计算机发出的字节流无差错的发到网络上其他计算机，计算机A接收数据包时，向计算机B回发数据包，产生部分通信量，全双工多路复用服务，进行端到端传输。UDP面向非连接、传输不可靠、传输少量数据。标准的Modicon控制器采用RS232C串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU协议约定好消息、数据的结构、命令和应答方式，通讯采用Maser/Slave方式。

Modbus协议要对数据进行校验，串行协议要进行奇偶校验，ASCII模式采用LRC校验，RTU模式用16位CRC进行校验，Modbus TCP模式没有规定校验，可靠协议。Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP，S7-200 CPU224 CN 和S7-200 CPU226 CN 进行通讯。写好通讯指令后下载到micro/win里面，S7-200有两个通讯口Port0、Port1，两个口可以做mobus主站，port0可以做modbus的从站，用PLC进行连接时，Port0连PPI线上，一台做主站，一台做从站，地址在程序库中调用时在进行设置，先不用接线图，可以通讯就行，Port0都接在PPI电缆上，CPU224 只有一个port0口，先把主站程序通过PPI下载到PLC里面，然后把从站指令通过PPI下载到另外的PLC上。若CPU程序运行走modbus，编程软件失去通讯，modbus库是单独下载，要把两个PLC的三个通讯口都接在PPI上，先把224的Port0系统块地址设置为2，226的Port0系统块地址设置为3，226的Port1地址设置为4，224的mobus从站地址设置为2，226的Port0的主站mobus地址为3，在224程序中把一个mobus访问区W100复制到QW0上，在226程序内设置VW100去和224的VW100同步，下载PLC后，226设置VW100，224QW0外部DO灯是否按照VW100的数据进亮灯，即连通。协议的实现与编程环境无关，用多种语言都可以，如果是嵌入式的用C语言。中控室的集中控制系统分为以下几点：

（1）信息收集。由现场检测装置通过信号的形式直接连接PLC装置，以获取最新的实时信息，控制系统以实时曲线形式在全天候高清数字图像采集系统中反映出来，并且每个水位检测装置都有对应的曲线，以便查看不同位置的水位变化情况。水位变化曲线时间轴可根据需要调整。

（2）信息处理与情况分析。系统自动把收集到的数据进行分析计算，当检测水位达到限定高水位百分之九十五时，全天候高清数字图像采集系统高水位指示灯闪烁预警，集中控制系统发出信号给PLC系统，PLC系统控制动作装置进入预备放水状态，一旦水位高于限定高水位，动作装置启动放水降低水位，直到水位到达正常范围；当检测水位达到限定低水位时，全天候高清数字图像采集系统高水位指示灯闪烁报警，PLC系统控制动作装置立即补充水量，直到水位到达正常范围；当水位波动范围过大时，异常报警器响起，并且在全天候高清数字图像采集系统显示异常原因、故障点、以及应对方案。

（3）记录入档。可通过以太网把数据发送到计算机设备，以方便入档。通过全天候高清数字图像采集系统事件记录功能随时可翻看过去发生事件以及每个测试点水位的变化情况。

自动水位起动系统在国内水平先进，各项性能可进行现场测试，视频监控系统主要负责对水位区域视频监视，同时能与其它子系统进行报警联动，满足水位达到正常运行的要求。除了常规视频监控外，还采用智能视频分析，以此提高系统的实用价值。视频监控系统要求是一个技术先进、成熟可靠、性能优越、扩展灵活、人机对话界面清晰、操控简便，便于监控和配置；采用稳定易用的硬件和软件，完全不需借助任何专用维护工具，既降低了对管理人员进行专业知识的培训费用，又节省了日常频繁维护的费用。

作者单位

抚州职业技术学院 江西省抚州市 344000