基于MODBUS现场总线的综采工作面大型设备监测监控系统的研究

2.3 软件设计

通讯软件是在STEP7-Micro/WIN编程软件环境下设计的，其指令库包含专为Modbus通讯设计的子程序和中断服务程序，使得测控系统通讯软件的编制简单易行。

2.3.1 软件编制

HT6L1-400Z/1140智能型组合开关测控系统本身无论是硬件还是软件都已经很成熟，并且其本身智能化程度比较高，也有支持上位机远程监测监控的硬件基础，所以如何把监控程序很好地融合于测控系统的软件中是本分站软件编制的重点和难点。

监控分站的软件流程图如图1所示。初始化包括原系统软硬件初始化和Modbus通讯初始化，通讯初始化在程序中只需要执行一次。初始化完成后，操作者可以通过液晶显示器TP7的整定值显示画面查看通讯参数及电流整定值的正确与否。该Modbus通讯程序实时检测并响应主站请求，一方面向主站上传各被控电机的工况参数，包括运行方式、分合闸状态、电流、电压、故障状态及故障参数等；另一方面该监控分站还支持主站的控制命令，如强制单线圈或多线圈、写单寄存器或多寄存器命令等。该监控分站支持的主站命令如表2所示。



表2. 该分站支持的主站命令



2.3.2 软件组态

用STEP7-Micro/WIN编制完程序后，还需要对通讯程序块进行组态，包括符号表组态、通讯数据区配置和指令参数的配置等，否则它就不是一个统一的整体。

符号表组态是对通讯程序的符号表分配780个字节的V区地址空间，它不能与通讯数据区有任何重叠。

通讯数据区配置就是对需要上传的电压、电流、系统状态及故障信息等参数存储空间的配置。该分站需要分配20个字空间来实时存储这些参数，包括六路整定电流、系统状态、系统电压、六路运行状态及六路工作电流，具体的存储格式如表3所示。考虑到将来系统的扩容，该通讯数据区留有一定的裕度，这里实际分配了32个字空间。

表3. 通讯数据区数据存储格式



指令参数的配置就是对通讯指令中的一些关键参数的设置，包括Modbus从站地址、通讯波特率、奇偶校验选择、附加字符间延时、最大I/Q、最大AI、最大数据区等的设置。其中从站地址、通讯波特率和奇偶校验方式用户可通过拨码盘以固定参数的形式输入，其它参数必须在程序中配置好。这些参数都必须和实际的监控网参数及实际要求相统一，这样该监控分站才能正常运行。

3 现场调试

为了检验该监控分站的通讯程序能否正常可靠的运行，程序编制好之后，可以利用支持Modbus RTU串口调试的软件工具（如Modscan 32、Commix）进行通讯测试，这样在实验室就能确定程序能否可靠运行。

通过串口调试软件Commix的现场通讯测试，可以确定该分站监控软件是可靠的，它能正确响应表2中的常用主站命令。例如当系统初始化完成时，该监控分站的各回路电流整定值及系统电压值的TP7的显示画面如图2所示，此时利用Commix软件所监测的电流整定值和系统电压值（十六进制显示）与TP7画面的显示值完全一致，如图3所示。该图中的十六进制数0032和0096对应于50A和150A的电流整定值，而047C为系统电压值大小。

以上说明该监控分站的监测功能是正确可靠的，而通过Commix串口调试软件的现场监控功能测试可知，该监控分站的远程监控功能也是实时可靠的。例如利用写多线圈命令（0FH）起动完六台电机后，再停止（0FH）第二、三、四、六台电机，停止这四台电机的监控画面如图4所示，此时该监控分站的TP7显示画面如图5所示。图4中的十六进制数0011的低位字节为11，其二进制形式的低六位对应于六台电机的起动和停止控制位（1：起动或保持运行；0：停止）。图5的显示内容说明该监控分站的监控功能也是实时、准确、可靠的。


该系统已成功应用于宏景塔三矿井下综采工作面大型设备的监测监控，与其组网的是常州自动化所生产的KJ95系统。现场调试结果表明，系统参数传递准确、实时性强，不仅可以实现运行设备状态和参数的监测功能，而且还能通过主干网络实现设备的远程控制。

4 结论

本文在煤矿井下综采工作面大型设备现有集控系统的基础上，根据煤矿安全生产监测监控系统的特点，提出了基于Modbus总线的大型设备监测监控技术方案，对系统硬件进行了重新配置，编制了通讯程序。现场运行结果表明，其硬件可靠、软件编写合理，能实时、准确的响应主站请求，实现了组合电器与安全监测监控系统的无缝链接，达到了对大型设备远程监测监控的目的，完全满足煤矿井下的工控要求。