路轨两用消防车高旭彬
【摘 要】为适应煤矿采掘设备多功能一体化、智能化的发展,建立了一种基于Modbus通信的数据采集系统.针对数据采集系统难以脱离整机调试,且通信数据不直观的特点,开发设计了上位机仿真软件,为数据采集系统调试、检验提供了便捷的手段.
【期刊名称】《电气开关》
门窗封条【年(卷),期】2013(051)004
【总页数】4页(P44-47)
【关键词】传感器;数据采集;ModBus协议;通信网络
【作 者】高旭彬
【作者单位】中国煤炭科工集团太原研究院,山西 太原030006
【正文语种】光子重构单向器中 文
【中图分类】TP212
1 引言
煤矿采掘设备往往需要设置大量的传感器用于检测设备状态，例如各电机的状态参数——电压、电流、绕组温度、转速等;整机的姿态信息——截割头位置信息、回转盘旋转角度等;液压系统参数——实时压力值、油位、油温等。这些信息为电控系统进行保护和控制提供必要的数据支撑，保证设备可靠稳定地运行。
另外，煤矿采掘设备多功能一体化、智能化的发展，使得需要检测的信息进一步增加。为提高掘进机单机成巷速度和安全生产能力［1－2］，有的主机集成了机载锚钻系统、机载临时支护系统、机载除尘系统等，相应的电气、液压回路数量及状态检测内容大大增加。在智能化程度较高的重型掘进机上，断面监视、姿态调整、记忆截割等功能也已陆续实现［3－4］。这些功能的实现同样离不开各种底层传感器的支持，没有水平姿态、油缸行程等信息，设备便无法“感知”自身位置及动作量，也无法正确进行姿态调整。
基于此我们开发设计了基于通信方式传感器数据采集系统，以经济可靠的方式实现对设备状态的检测。
2 数据采集系统
基于Modbus通信协议的数据采集系统独立完成数据采集、处理任务，并以通信方式将各传感器数据发送给电控设备。系统主要由一台隔离器和多台采集器组成。隔离器负责本安供电和通信信号防爆型式的转换;采集器为本安设备，连接各种传感器，实时采集各传感器信息，并将4～20mA、1～5V、1～5kHz、逻辑电平等信号转换为数据信息，供电控箱控制器读取。多台采集器共享RS485通信总线，以地址区分，电控箱和采集器组成基于Modbus通信协议的主从通信网络。
这种基于通信方式的数据采集方式与传统的电控箱集中采集方式相比，大大减少了电控箱引入装置数量及尺寸，降低了电控箱控制器硬件开销，电控箱接线工作量小且易于维护，优化了电控系统的设计。支持标准的Modbus通信协议也便于控制器软件集成。
图1 系统连接
3 上位机仿真软件
银膜
数据采集系统组成设备众多，若直接与整机同时调试，必然增加调试复杂程度，故障鉴别难度大。因此，在实际应用中往往需要脱离整机在整机安装前对数据采集系统进行调试、检验。由于该系统以通信方式将数据信息送入电控箱。这些数据信息为具有特定含义的二进制代码组合，可读性差。为了与实际物理量进行比对，还需要手工计算，费时费力，也跟不上状态量的变化速度。
为此，开发了基于Modbus协议的数据采集系统上位机仿真软件。仿真软件模拟了通信主站的通信功能，并增加了数据转换和显示功能。系统连接如图2所示，数据采集系统通过一个RS485/RS232通信转换接口与电脑连接。运行该仿真软件并进行必要的设置后，仿真软件自动巡检各采集器数据，由电脑完成通信控制及数据包的解读工作，并将各状态量以数值的方式进行实时显示，如实时压力值、温度值、工作电压、工作电流等等。
借助该仿真软件，调试人员能够快速、直观地获取数据信息，快捷地完成系统调试和检验工作。
图2 测试连接
4 软件设计
4.1 软件结构
智能操作票软件使用可视化编程语言编制，主界面如图3所示。
图3 软件主界面
软件主要参数设定、允许用户自行设定通信参数、巡检范围、巡检周期，以适应不同控制系统需求。软件根据从站号顺序巡检，所有通信操作、数据处理均在巡检过程中完成。软件工作流程如图4所示。
图4 软件工作流程图
4.2 通信设置
通信参数设置主要包括通信口和数据格式。软件启动后即自动搜索电脑可用的串口，软件支持串口号范围为COM1～COM8，默认为COM1。数据格式设置包括:串行口的通信波特率、字节校验方式、数据位个数、停止位个数，默认值为常用的“9600/8/N/2”。用户设置完
成后，软件会生成一个固定格式的数组，向通信控件赋值。
4.3 巡检设置
调试人员需要根据实际数据采集系统规模设定巡检范围和巡检周期。
在同一数据采集系统中采集器地址是连续排列的，调试人员需要设定最小巡检地址和最大巡检地址。设定完成后，仿真软件即以设定的巡检周期从最小巡检地址采集器到最大巡检地址采集器循环访问。
巡检周期为访问各采集器的通信频率，允许以10ms为单位在0.1～6s范围内调整。
4.4 数据处理及显示
仿真软件接收到的传感器数据是16进制数，需要通过计算将这些代码转换为实际的物理量值。例如，二进制代码“0110 1010”，对应4～20mA电流信号传感器的含义为“10.65mA”，对应1～5V电压信号的含义则变为为“2.663V”。这种解读、计算工作均由仿真软件完成。为了节省通信字节数量提高通信效率，采集器将逻辑值(开关量传感器)和传感器线路状态(是否连接传感器)拼接成一个字节，仿真软件对状态字节逐位判断即可。
显示内容包含了采集器地址和该采集器4路传感器的原始值、计算值、逻辑值、线路状态，调试人员能够直观地判断各设备工作状态。通过与实测的物理量进行比对，即可验证系统工作性能和采集精度。
4.5 人机接口约束条件
为增加仿真软件允许的可靠性，需要设置大量的逻辑约束条件，尤其是人机互动部分。例如，设定巡检范围时，用户在允许接受外部输入的文本框内设定从站地址，当出现非法数据，如负数、小数、大于125的整数等，会有弹窗提示。
开始按键即为巡检启动按键，当仿真软件完成设置启动巡检后，新的设置操作均被屏蔽，不接受任何来自外部的输入。
另一个复位操作键则具有最高优先级，等效为重新装载窗体。点击“复位”按键即可解除巡检状态，并且所有设置内容均返回默认值，所有显示内容清空，软件内部的通信数据缓冲区也被清空。
5 通信设计
5.1 MSComm通信控件初始化
仿真软件的所有通信操作依靠MSComm通信控件实现。根据采集器通信协议的约定，需要对MSComm控件进行初始化设定，具体操作如下:
