基于MODBUS协议的无线数据收集治理系统.docx

基于MODBUS协议的无线数据收集治理系统ronggang导语：介绍了用MODBUS协议构建的无线数据收集治理系统，并将此系统应用到油田结合站数据收集和治理系统中。解决多个结合站因地理条件分散使数据无法集中治理，手动抄写记录费时费力，且及时性和准确性不好的难题摘要：介绍了用MODBUS协议构建的无线数据收集治理系统，并将此系统应用到油田结合站数据收集和治理系统中。解决多个结合站因地理条件分散使数据无法集中治理，手动抄写记录费时费力，且及时性和准确性不好的难题。关键词：MODBUS;数据收集;无线数传Abstract：AradiodataacquisitionandmanagementsystembasedonMODBUSagreementisintroducedinthispaper,whichisappliedtodataacquisitionandmanagementinoil-filedconsociationstations.Itrealizesthedatacentralizedmanagementforgeographicallydistributedlocation,overcomingtime-consumingandinaccuracyofmakingcopybyhand.Keywords：MODBUS;dataacquisition;radiodigitaltransmission1MODBUS协议简介MODBUS是一种工业通讯和分布式控制系统协议，由美国著名的可编程控制器制造公司莫迪康公司MODICONINC提出，已广泛地应用于工业控制中。MODBUS是一种主从协议，允许一台主机与多台从机通讯。在MODBUS中有两种有效的数据传送方式，即ASCII码和RTU方式。本系统采用RTU方式，这种方式的主要优点是在同样的波特率下，RTU方式数据传送效率高。2用MODBUS协议构建无线数据收集系统油田采油厂主要消费数据集中在结合站，一般采油厂有510个结合站，站间间隔几公里到十几公里，每个结合站有34个操纵岗位，岗位间间隔20300米之间不等，每个岗位有消费参数1020个，对数据收集有实时性要求。建立结合站数据收集治理系统有多种方法，如铺设光缆、电缆、使用CDMA网络等，考察各种方式，其系统造价、运营本钱均很高，低本钱建立此系统有一定难度。我们使用MODBUS协议、RS485接口、数据收集模块、远程、短程无线数传机，采用有线、无线数据传输相结合的传输方法，并与厂内原有的局域网对接，用组态软件治理上位机，低本钱地构建了全厂具有多终端查询和监控功能的结合站消费数据收集治理系统，系统构造见图1。现场数据由多个SSX-M038路标准信号、SSX-M046路脉冲信号数据收集模块负责数据收集，SSX-M21数据收集治理模块以有线、短程无线、RS485接口方式，按MODBUS协议将数据采集起来。因RS485通讯接口双绞线传输间隔在小于100kbps可达1200米，短程无线数传间隔小于500米，各模块在安装时可分散就近安装。主PC机通过RS232、RS232转RS485接口，主数传电台以MODBUS协议将各分站数据采集上来，在PC机上实现多结合站数据汇总报表、工艺自控流程图显示、趋势曲线绘制等工作，同时将PC机接入厂内局域网，厂内局域网各终端以BS方式阅读整个数据收集系统，打印报表，完成厂内结合站数据收集及治理。align=center图1系统构造图/align3通讯接口设计通讯是整个系统关键，为了保证系统长期可靠运行，系统中SSX-M21、SSX-M03、SSX-M04模块通讯硬件接口设计采用全隔离方式，防止线路干扰损坏收集模块，影响系统正常工作，详细线路原理图见图2。数据信号由RXD接收，由TXD发送，收发转换由RXD/TXD控制，经高速光电隔离器隔离后由专用RS485接口芯片MAX487驱动输入输出。三极管9012驱动发光二极管起观测通讯状态作用，MC7805负责提供RS485通讯侧供电。align=center图2通讯接口原理图/align4通讯协议配置MODBUS通讯协议中命令较多，命令功能号不同，命令作用不同，本系统正常工作时主要使用03命令，读单个或多个存放器命令。下面表达命令为读取8个模拟量及错误状态，命令由SSX-M21发出，SSX-M03应答，SSX-M03地址号为11。主机呼唤报文，要求读出8个模拟量及错误状态，共9个存放器。地址00001011，功能00000011，数据起始存放器号高位00000000，数据起始存放器号低位00000000，数据存放器数高位00000000，数据存放器数低位00001001，CRC低位，CRC高位。合计8字节。从机应答报文8路模拟量采样数值为4095，无错误：地址00001011，功能00000011，数据字节计数00010010。数据1输出存放器高位00001111，数据1输出存放器低位11111111;数据2输出存放器高位00001111，数据2输出存放器低位11111111;数据3输出存放器高位00001111，数据3输出存放器低位11111111;数据4输出存放器高位00001111，数据4输出存放器低位11111111;数据5输出存放器高位00001111，数据5输出存放器低位11111111;数据6输出存放器高位00001111，数据6输出存放器低位11111111;数据7输出存放器高位00001111，数据7输出存放器低位11111111;数据8输出存放器高位00001111，数据8输出存放器低位11111111;数据9输出存放器高位00000000，数据9输出存放器低位00000000;CRC低位，CRC高位。合计23字节。SSX-M21对SSX-M04模块呼唤命令、PC机呼唤各结合站SSX-M21命令与前述类似，只是地址与通讯的数据量不同。5KINGVIEW软件下的治理系统界面各结合站数据以远程无线传输方式进入PC机后，所有数据处理均在此PC机中进展，并将相关画面、数据发布到局域网上，在KINGVIEW系统下，做如下几个局部工作：结合站工艺自控流程图;结合站油气水数据报表;结合站原油含水趋势曲线;结合站油罐液面历史纪录曲线;用户登陆配置画面等。图3为其中一结合站工艺自控流程图。align=center图3结合站工艺自控流程图/align6KINGVIEW软件下的局域网内阅读界面KINGVIEW软件本身有网络功能，可以用CS或者BS两种方式进展阅读，本系统采用BS方式，优点是使用方便，软件维护量小，在网上用EXPLORER直接输入本机IP地址即可实现全厂结合站消费数据阅读、打印报表等工作。7网络阅读权限治理全厂消费状态与数据发布到局域网后，需要对使用本资源的人员、部门做一定治理，确定不同级别人员、部门阅读范围与权限，防止局域网内非相关人员登陆，为了到达这一目的，在网络治理上做了如下工作：画面分组发布，不同组画面配置不同级别;登陆用户权限设置分组分级别，与画面发布的分组相对应。本系统设置了三个用户级别，与采油厂内部治理机制相对应，分为厂级、矿级、队级。局域网内用户按预先分配给自己的用户名、密码登陆，厂级用户可阅读全厂消费状态与数据，队级用户只能阅读本队消费状态与数据。8完毕语此系统采用工业上广泛使用的国际标准协议MODBUS、通讯接口RS485，用有线、无线、局域网相结合方式构建结合站消费数据收集治理系统，本钱低，实时性好，知足了油田消费需求。由于各模块、各短程子数传机均采用RS485接口，使得各模块、数传机可以就地、就近的安放在现场数据收集点附近，减少了现场施工量，同时也降低了系统安装本钱。本文作者创新点：使用国际标准通讯协议MODBUS、标准通讯接口RS485，以有线、远程无线、短程无线、局域网多种方式互相结合做数据传输，低本钱解决因地理条件分散，数据收集点多，无法集中治理的难题。用KINGVIEW组态软件做上位机数据治理并和局域网互联，上位机软件处理简单，省时省力，且可靠性好。参考文件：1朱懿,蒋念平.ModBus协议在工业控制系统中的应用J.微计算机信息,2006,10.2张磊,全力,刘强,仲文才.SRD控制系统中DSP与PC机之间远程数据通讯J.微计算机信息,2004,11.3朱宏超,于向军,吕震中.Modbus协议在智能数据收集系统中的应用.测控技术,2006,02.4蔡贤资,李宇辉,刘建伟.分布式无线集群监控系统的设计与实现.计算机应用与软件,2005,01.5阳宪惠.现场总线技术及其应用M.北京:清华大学出版社.1999.6.6郑岩峰,赵新眷.Internet技术与应用简明教程M.北京:清华大学出版社.2005.5.7徐爱钧,彭秀华.单片机高级语言C51Windows环境编程与应用M.北京:北京航空航天大学出版社.2000.12.8李朝青.PC机及单片机数字通讯技术M.北京:电子工业出版社.2001.7.