1.废润滑油再生处理系统设计 - 图文(7)

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化领域带来的变化，如同计算机网络给计算机的功能、作用带来的变化。如果说，计算机网络把人类引入到信息时代，那么现场总线则使自控系统与设备加入到信息网络的行列，成为企业信息网络的底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。因此，把现场总线技术说成一个控制技术新时代的开端并不过分。

4.1.2 Profibus现场总线

PROFIBUS 是一种具有广泛应用范围的、开放的数字通信系统，在集中自动化系统向分散自动化系统转移方面是一种重大突破。由于PROFIBUS一直侧重于系统集成和系统工程等方面，尤其是侧重于应用行规的研究开发，使得该总线具有适合于快速、时间要求严格的应用和复杂的通信任务的特点，成为唯一能够全面覆盖工厂自动化和过程自动化应用的现场总线，特别适用于工厂自动化和过程自动化领域。因而从诞生至今，PROFIBUS 在现场总线技术领域一直是国际市场上的领导者。

PROFIBUS网络通讯的本质是RS485串口通讯，按照不同的行业应用，主要有三种通讯行规：DP（Decentralized Peripherals），FMS（Field Message Specification）和PA（Process Automation）行规。

(1) PROFIBUS是一种国际化．开放式．不依赖于设备生产商的现场总线标准。广泛适用于制造业自动化．流程工业自动化和楼宇．交通电力等其他领域自动化。 (2) PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS－DP（ Decentralized Periphery）．PROFIBUS－PA（Process Automation ）．PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification )。

(3) PROFIBUS – DP: 是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I／O的通信。使用PROFIBUS－DP可取代办24VDC或4－20mA信号传输。 PORFIBUS－PA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。PROFIBUS－FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构．实时多主网络。

(4) PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。 与其它现场总线系统相比，PROFIBUS的最大优点在于具有稳定的国际标准EN50170作保证，并经实际应用验证具有普遍性。目前已应用的领域包括加工制造．过程控制和自动化等。PROFIBUS开放性和不依赖于厂商的通信的设想，已在10多万成功应用中得以实现。市场调查确认，在德国和欧洲市场中PROFIBUS占开放性工业现场总线系统的市场超过40％。PROFIBUS有国际著名自动化技术装备的生产厂商支持，它们都具有各自的技术优势并能提供广泛的优质新产品和技术服务[8]。

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图4-1 PROFIBUS 总线访问方式

4.1.3 Profibus在工厂自动化系统中的应用

典型的工厂自动化系统应该是三级网络结构如图4-2所示，基于现场总线Profibus-DP/PA控制系统位于工厂自动化系统中的低层，即现场级和车间级。现场总线Profibus是面向现场级和车间级的数字化通信网络。 （1）现场设备层

主要功能是连接现场设备，如分散式I/O、传感器、驱动器、执行机构、开关设备等，完成现场设备控制及设备间连锁控制。主站负责总线通信管理及所有从站的通信。总线上所有设备生产工艺控制程序均储存在主站中，并由主站执行。 （2）车间监控层

车间级监控用来完成车间中生产设备之间的连接，如一个车间三条生产线主控制器之间的连接，完成车间级设备监控。车间级监控包括生产设备状态在线监控、设备故障报警及维护等。通常还具有诸如生产统计、生产调度等车间级生产管理功能。车间级监控通常要设立车间监控室，在操作员工作站及打印设备上。车间级监控网络可采用Profibus-FMS，它是一个多主网络，在这一级，数据传输速度不是最重要的，而是要能够传送大容量信息。

（3）工厂管理层

车间操作员工作站可通过集线器与车间办公管理网连接，将车间生产数据送到车间管理层。车间管理网作为主网的一个子网，通过交换机、网

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桥或路由器等连接到厂区骨干网上，将车间数据集成到工厂管理层。

图4-2 PROFIBUS系统结构

4.1.4 Profibus的基本特性

Profibus可使分散式数字化控制器从现场底层到车间级网络化，与其他现场总线相比，Profibus的重要优点是具有稳定的国际标准EN50170作保证，并经实际应用验证具有普遍性，它包括了加工制造、过程和数字自动化等广泛的应用领域，并可同时实现集中控制、分散控制和混合控制三种方式。该系统分为主站和从站：

主站决定总线的数据通信，当主站得到总线控制权（令牌）时，没有外界请求也可以主动发送信息。在Profibus协议中主站也称为主动站。

从站为外围设备，典型的从站包括：输入/输出装置、阀门、驱动器和测量发射器。它们没有总线控制权，仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时向它发送信息。从站也称为被动站。由于从站只需总线协议的一小部分，所以实施起来特别经济。

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5 基于CP341 的Modbus RTU通信的设计与实现

5.1 Modbus简介

Modbus是由Modicon（现为施耐德电气公司的一个品牌）在1979年发明的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。为更好地普及和推动Modbus在基于以太网上的分布式应用，目前施耐德公司已将Modbus协议的所有权移交给IDA（Interface for Distributed Automation，分布式自动化接口）组织，并成立了Modbus-IDA组织，为Modbus今后的发展奠定了基础。在中国，Modbus已经成为国家标准GB/T19582-2008。据不完全统计：截止到2007年，Modbus的节点安装数量已经超过了1000万个。工业控制已从单机控制走向集中监控、集散控制，如今已进入网络时代，工业控制器连网也为网络管理提供了方便。Modbus就是工业控制器的网络协议中的一种。Modbus的几个特点ModBus网络是一个工业通信系统，由带智能终端的可编程序控制器和计算机通过公用线路或局部专用线路连接而成。

Modbus具有以下几个特点：

（1）标准、开放，用户可以免费、放心地使用Modbus协议，不需要交纳

许可证费，也不会侵犯知识产权。目前，支持Modbus的厂家超过400家，支持Modbus的产品超过600种。

（2）Modbus可以支持多种电气接口，如RS-232、RS-485等，还可以在各种介质上传送，如双绞线、光纤、无线等。

（3）Modbus的帧格式简单、紧凑，通俗易懂。用户使用容易，厂商开发简单。

Modbus协议

Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准，有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程。如回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录等。它制定了消息域格式和内容的公共格式。

MODBUS为单主站网络协议，所以系统中只能够有一个Modbus主站，所有通信都由它发出并且只能够实现主站和从站的数据交换，从站之间不能进行数据交

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换。CP341模块可以同时与多台串行通讯设备进行通讯。如同时连接多个变频器、连接多个智能仪表等。如果采用RS422/485、modbus、RTU通讯方式，需要在发送的数据包中包括站号、数据区、读写指令等信息。供CP341模块所连接的从站设备鉴别数据包是发给哪个站的。以及该数据包是对那个数据区进行的读或写的功能。

两种传输方式

控制器能设置为两种传输模式（ASCII或RTU）中的任何一种在标准的Modbus网络通信。用户选择想要的模式，包括串口通信参数（波特率、校验方式等），在配置每个控制器的时候，在一个Modbus网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。所选的ASCII或RTU方式仅适用于标准的Modbus网络，它定义了在这些网络上连续传输的消息段的每一位，以及决定怎样将信息打包成消息域和如何解码。 （1）ASCII模式

当控制器设为在Modbus网络上以ASCII（美国标准信息交换代码）模式通信，在消息中的每个8Bit字节都作为两个ASCII字符发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误。 （2）RTU模式

当控制器设为在Modbus网络上以RTU（远程终端单元）模式通信，在消息中的每个8Bit字节包含两个4Bit的十六进制字符。这种方式的主要优点是：在同样的波特率下，可比ASCII方式传送更多的数据。

随着仪表自动化技术的提高，带各种通讯接口设备和现场总线设备将被大量应用到工业现场领域，使全数字化、串行、双向、互操作多快好省的远距离大数据量通讯成为可能．为数据监控和管理中心监控现场数据及现场设备工作状态和分析挖掘数据关系提供了方便。Modibus RTU通讯是现场总线实现的一个简单例证，成功的解决了现场仪表数据和PLC通讯问题，节省了因标准仪表信号布线所需的大量电缆，并且可靠性得到了大幅度提高。

ModBus RTU通讯协议是Modicon公司的注册商标,采用主从问答方式工作，是目前国际智能化仪表普遍采用的主流通讯协议之一。ModBus RTU通讯协议有两种传输模式，分为RTU模式和ASCII模式，其中RTU模式信息帧中的8位数据包括两个4位16进制字符，相对于ASCII模式，RTU模式表达相同的信息需要较少的位数，且在相同通讯速率下具有更大的数据流量。因此通常情况下，一般工业智能仪器仪表都是采用RTU模式。MODBUS RTU通讯协议，允许一台主机和多台从机之间进行数据通信，通讯方式采用主机请求，从机应答，即：主机提出命令请求，从机接收数据后作数据分析，如果数据满足通讯规约，从机作数据响

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