現(xiàn)場總線技術是當今自動化技術研究的熱點之一，它應用于工業(yè)現(xiàn)場可以在微機集控設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通訊。它把單個分散的被控設備作為網(wǎng)絡節(jié)點，以現(xiàn)場總線為紐帶，把所有被控設備連接成可以相互溝通信息、共同完成自動控制任務的網(wǎng)絡系統(tǒng)，具有分散控制、系統(tǒng)結構簡單、節(jié)約硬件設備、易于安裝維護等優(yōu)點。

　　為了更大程度地提高礦井安全、迎合未來無人化工作面發(fā)展趨勢，煤礦井下綜采工作面大型設備遠程監(jiān)測監(jiān)控功能的實現(xiàn)至關重要。目前綜采工作面的大型設備如采煤機、刮板輸送機、破碎機、轉載機等大都采用智能型組合電器進行集中控制，但缺乏遠程監(jiān)測監(jiān)控功能。本文以HT6L1-400Z/1140智能型組合電器為研究對象，根據(jù)煤礦現(xiàn)有安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡特點，采用Modbus總線技術編制了通訊軟件，實現(xiàn)了組合電器與安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的無縫鏈接，達到了對大型設備遠程監(jiān)測監(jiān)控的目的。

　　1 Modbus協(xié)議簡介

　　Modbus通訊協(xié)議由Modican公司開發(fā)，是當今主流現(xiàn)場總線協(xié)議之一。通過它，集控設備相互之間、集控設備經(jīng)由網(wǎng)絡和其它設備之間可以通訊；通過它，不同廠商生產(chǎn)的控制設備可以連成工業(yè)控制網(wǎng)絡，進行集中監(jiān)控等。該協(xié)議有以下特點[1-2]：物理接口符合EIA-485規(guī)范；能組成主從訪問的單主控制網(wǎng)絡；通過簡單的通訊報文完成對從節(jié)點的讀寫操作；當主節(jié)點輪詢即逐一訪問從節(jié)點時，要求從節(jié)點返回一個應答信息；主節(jié)點也可以對網(wǎng)段上所有從節(jié)點進行廣播通訊。

　　Modbus通訊協(xié)議有兩種消息幀格式：ASCII和RTU幀格式。ASCII消息以冒號字符開始，以回車換行符結束，其它域使用的傳輸字符為十六進制；RTU消息則以傳遞一段空閑時間為開始和結束，這段時間不小于3.5倍的字符發(fā)送時間T，一般取4T。

　　Modbus通訊協(xié)議定義了在這些網(wǎng)絡上連續(xù)傳輸?shù)膱笪膸袷?，確定了將數(shù)據(jù)打包成報文幀以及解碼的方法。采用RTU格式的Modbus通訊協(xié)議報文幀格式如表l所示。

　　表1.Modbus通訊協(xié)議的RTU報文幀格式

　　RTU幀中各功能塊作用如下：

　　地址域：地址域為被查詢的從節(jié)點地址，它所表示的從節(jié)點有效地址范圍為0～247，其中0表示廣播地址。

　　功能域：功能域的代碼范圍是1～255。有些代碼適用于所有控制器，有些代碼用于特定控制器，還有些保留以備用戶功能擴展使用。當消息從主設備發(fā)往從設備時，功能代碼域將告之從設備需要執(zhí)行哪些行為。例如功能編碼03H為讀寄存器(內(nèi)部字變量)，用于讀取從節(jié)點的寄存器值。

　　數(shù)據(jù)域：數(shù)據(jù)域包括本幀數(shù)據(jù)域的字節(jié)數(shù)量、數(shù)據(jù)字節(jié)l～n，這些數(shù)據(jù)可以是I/O值、狀態(tài)數(shù)據(jù)或其它測量控制信息。

　　CRC校驗域：在Modbus通訊協(xié)議中的RTU幀校驗通常采用CRC循環(huán)冗余校驗。整個信息幀以連續(xù)的數(shù)據(jù)位流進行傳輸，CRC校驗從地址域開始對報文幀的所有數(shù)據(jù)進行校驗。

　　從站識別主站按地址發(fā)來的消息，決定要執(zhí)行何種操作。主設備可單獨和從設備通訊，從設備返回一消息作為回應；主設備也能以廣播方式和所有從設備通訊，此時從設備不作任何回應。從節(jié)點的正常應答是發(fā)送相同的報文幀，以便讓主節(jié)點確認。如果有錯誤，功能代碼將被修改以指出回應消息是錯誤的，同時數(shù)據(jù)段包含了描述此錯誤信息的代碼。錯誤校驗域允許主設備確認消息內(nèi)容是否可用。在配置每個控制器的時候，一個Modbus網(wǎng)絡上的所有設備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)。

　　2 系統(tǒng)設計

　　2.1綜采工作面的集中控制

　　目前，我國大部分綜采工作面的大型設備都采用智能型組合電器進行集中控制，其中HT6L1-400Z/1140智能型組合開關是應用較為廣泛的一種，它可以對綜采工作面的采煤機、刮板輸送機、轉載機等進行集中控制和保護。盡管該組合開關中的S7-200 PLC具有RS485接口，但它并不具備通訊功能，更不能與現(xiàn)有安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控主干網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)進行遠程控制。以Modbus總線技術為監(jiān)測監(jiān)控主干網(wǎng)的安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦井下所占比例比較高，為了兼容Modbus現(xiàn)場總線，組合電器中的PLC（監(jiān)控分站）在對工作面電氣設備進行集中監(jiān)控的同時必須支持遠程監(jiān)測與控制，即該監(jiān)控分站對各個電機回路進行實時監(jiān)測、控制和保護的同時，還能響應主站的輪詢，將各負載的電壓、電流、運行狀態(tài)及故障信息上傳；此外該監(jiān)控分站還支持主站的控制命令，如強制多線圈命令（功能碼為十六進制數(shù)0F）、寫多個寄存器命令（功能碼為十六進制數(shù)10）等。

　　2.2 硬件設計

　　HT6L1-400Z/1140智能型組合電器的測控系統(tǒng)由信號檢測、信號采集、信號處理、控制方式轉換、漢字顯示和PLC組成，可以獨立完成對六路負荷的控制與保護。該測控系統(tǒng)能完成漏電閉鎖、過載、短路、斷相、欠壓和過壓等保護功能，其先導回路為本質安全型電路。它有單回路獨立控制、多回路程序控制、單機雙速控制和雙機雙速控制四種運行方式，具有智能化程度高、性能穩(wěn)定、動作可靠等優(yōu)點。