基于Modbus協(xié)議的電火花控制系統(tǒng)

1、基于Modbus協(xié)議的電火花控制系統(tǒng)摘要：提出了一套基于dbus協(xié)議的總線控制系統(tǒng)，分析了dbus協(xié)議的特點，介紹了dbus協(xié)議的內容及通信過程，給出了系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)方法，包括系統(tǒng)流程圖及部分校驗代碼。關鍵詞：dbus，現(xiàn)場總線，電火花，RTU0.前言國內的大多數(shù)電火花設備由于實時性等方面的要求，控制系統(tǒng)均是基于ds環(huán)境設計，這種系統(tǒng)能滿足電加工的根本要求，但也大大影響了人機交互的改進以及遠程通信等現(xiàn)代控制的要求;模塊化構造可裁減性強，便于滿足不同用戶的需求，是系統(tǒng)深化開展的良好根底;專業(yè)化的信號采集設備及檢測裝置成為系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠運行的保障;應用網(wǎng)絡技術，可做到信息處理綜合化，智能化;與此同

2、時，VB、V以及各種組態(tài)軟件的開展為人機界面及總線控制的開展的提供了良好的開發(fā)環(huán)境，使我們可以設計出更為合理及人性化的系統(tǒng)。本文試圖將現(xiàn)場總線理論應用于電火花加工機床，并最終通過使用dbus協(xié)議實現(xiàn)各設備之間的互聯(lián)。4現(xiàn)場總線是應用在消費現(xiàn)場，在微機化測量控制設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式，數(shù)字化，多點通信的底層控制網(wǎng)絡。56在整個工廠的控制網(wǎng)絡中，現(xiàn)場總線處于重要的根底地位。1.控制系統(tǒng)構造1.1系統(tǒng)根本構造現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)一般采用上位計算機結合下位智能儀表來實現(xiàn)控制功能。在本系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)的檢測裝置簡單易用，因此采用微控制器來讀取信號并最終傳輸給上位機。一般來說

3、，總線系統(tǒng)主要包括變送器，總線和檢測站。在本套系統(tǒng)中，微控制器和檢測裝置成為智能儀表即變送器，它作為從機使用，但確是系統(tǒng)的核心部件，而上位機即檢測站主要完成人機交互的任務以及一些優(yōu)化、復雜計算和控制的功能。個性化的人機界面以及標準化的總線構造設計，可方便的擴展系統(tǒng)的控制功能。整套系統(tǒng)構造圖如圖1所示，系統(tǒng)最主要包括一個效勞器，一臺p機，三個微控制器及相關檢測設備。圖1系統(tǒng)構造圖這幾層的工作主要包括：1.最底層為數(shù)據(jù)采集層，需要從現(xiàn)場采集實時的數(shù)據(jù)，比方油溫，油面高度等。三個微控制器作為現(xiàn)場控制層的核心器件，每個被賦予唯一的本機地址用以識別身份。微控制器即變送器也是整個系統(tǒng)的核心設備，其作用主要

4、是采集間隙電壓，液位油溫，限位報警，手控盒控制等實時數(shù)據(jù)，自動實現(xiàn)伺服控制，自動滅火，風扇開關，定時抬刀等功能，并同時將數(shù)據(jù)輸出到dbus現(xiàn)場總線測控網(wǎng)絡。2.現(xiàn)場控制層的任務是將所有的加工狀態(tài)通過雙腳電纜送至控制室的監(jiān)控計算機，組成現(xiàn)場總線網(wǎng)絡，而在此網(wǎng)絡中，所有傳輸?shù)男畔⒕裱璬bus協(xié)議。dbus現(xiàn)場總線將現(xiàn)場變送器和檢測站連接成一個測控網(wǎng)絡，實現(xiàn)電火花加工的監(jiān)測計量與管理。3.工廠監(jiān)控層安裝人機界面軟件，負責監(jiān)視所有加工參數(shù)即電規(guī)準，以及所有相關數(shù)據(jù)的顯示及鍵盤輸入信息處理等人機交互過程。p機作為監(jiān)控計算機，通過以太網(wǎng)連接到遠程管理中心，實現(xiàn)向上進展網(wǎng)絡運行;監(jiān)控計算機可以安裝den，

5、通過現(xiàn)場進展單擊操作。4.最上層為遠程管理層，可以由以太網(wǎng)，tp等局域網(wǎng)段組成，一般設效勞器，p機與效勞器之間通過以太網(wǎng)卡，網(wǎng)關相連，也可通過路由器連接至廣域網(wǎng)。效勞器是系統(tǒng)的外擴部分，可以選用。1.2物理實現(xiàn)目前，可以通過以下三種方式實現(xiàn)dbus通信：以太網(wǎng)上的TP/IP;各種介質有線：EiA/TIA-232-F、EIA-422、EIA/TIA-485-A;光纖、無線等上的串行鏈路上傳輸;dbusPLUS，一種高速令牌傳遞網(wǎng)絡。選擇何種實現(xiàn)方式主要是根據(jù)他所連接的設備所處的地位。一般采用標準的232口即可，但由于計算機上的rs232傳送的間隔 不超過30，因此可以選用485接口。除此之外，4

6、22口也為標準串行數(shù)據(jù)接口，表1列出了他們之間的主要差異。本套系統(tǒng)采用了隔離的RS-485通信方式來提供對dbus的硬件支持。表1有線介質傳輸性能比照表dbus系統(tǒng)是一種主從網(wǎng)絡，容許一個計算機和一個或多個從機通信。當在dbus網(wǎng)絡上通信時，每個控制器都有自己的設備地址，主機識別按地址發(fā)來的消息，并決定要產生何種行動。當在其他網(wǎng)絡上傳輸時，包含了dbus協(xié)議的消息轉換為在此網(wǎng)絡上使用的幀或包構造。此時，控制器既可以作為主設備也可以作為從設備,但不能兩者同時兼?zhèn)?。根?jù)各種設備的不同接口，總線上還可以串聯(lián)打印機等設備，也可以將這些設備直接連接至監(jiān)控計算機的打印機端口或USB口，實現(xiàn)通信。芯片要根據(jù)

7、所接收的信息進展選擇，假設是數(shù)字量，那么最常見的單片機或pi微控制器等均可選用，假設是模擬量如間隙電壓，那么要選擇帶模擬端口的芯片。電纜選擇可以根據(jù)所選擇的傳輸通道及間隔 來確定，這里選用的是帶屏蔽的雙絞電纜。2dbus協(xié)議dbus協(xié)議是SI模型第七層上的應用層報文傳輸協(xié)議，它在連接至不同類型總線或網(wǎng)絡的設備之間提供客戶機/效勞器通信?；ヂ?lián)網(wǎng)組中已經(jīng)保存TP/IP系統(tǒng)端口502用以訪問dbus，dbus協(xié)議已經(jīng)成為一種流行的工業(yè)控制傳輸標準。2.1協(xié)議內容dbus協(xié)議定義了消息與格式和內容的公共格式，主要采用命令/應答方式，每一種命令報文都對應著一種應答報文，命令報文由主站發(fā)出，當從站收到后，

8、就發(fā)出相應的應答報文進展相應。dbus的信息幀包括站點、字節(jié)長度、功能碼、操作地址、操作數(shù)據(jù)、R校驗值等。在dbus系統(tǒng)中有兩種有效的傳遞形式即ASII美國標準信息交換碼和RTU遠程終端裝置形式。內容格式及字符長度如下：2由于RTU形式傳輸位數(shù)少，使用方便，本文內容均采用RTU形式。2.2通信過程dbus主從節(jié)點之間通信過程大致為：1從節(jié)點通過特定的端口與主節(jié)點建立連接，等待接收主節(jié)點發(fā)送的懇求幀信號。2主節(jié)點根據(jù)實際需要到達的目的選擇適宜的功能，將其對應的功能代碼保存在ADU的功能代碼域，把必要的參數(shù)和子功能代碼保存在數(shù)據(jù)域中，并將傳輸標志、協(xié)議標志、數(shù)據(jù)長度等存放在標志域中，從而組成一個完

9、好的數(shù)據(jù)幀發(fā)送到從節(jié)點。3從節(jié)點對收到的懇求幀經(jīng)過錯誤檢測后，根據(jù)協(xié)議的規(guī)定將其分解成根本功能單元，并按照功能代碼的要求完成特定的操作，最后還要返回一個功能回應信號。假設懇求幀或某一步操作出錯，就返回一個錯誤報告。完備的出錯應答是dbus的一個特點，這有利于通信主節(jié)點判斷通信的錯誤原因，從而將其排除，保證通信可靠進展，進步通信成功率。33.軟件實現(xiàn)軟件實現(xiàn)時包括：初始化關鍵字，包括波特率設置，數(shù)據(jù)位數(shù)，停頓位數(shù)，奇偶校驗形式等，總線上所有的aster及slave的以上設置應完全一致。dbus編程主要需處理好校驗碼的生成及數(shù)據(jù)包開始標志的檢測。33.1地址定義通信程序必須處理好數(shù)據(jù)報開始的標志，

10、因為每次主機發(fā)送數(shù)據(jù)時，所有的從機都會接收到信息，但只有地址一樣的從機才會響應，因此地址的判別至關重要。在兩個數(shù)據(jù)包之間dbus協(xié)議將提供3.5幀的空閑時間，此時，總線上所有的從機要做好接收準備，一旦主機有數(shù)據(jù)包發(fā)出，從機立即承受此數(shù)據(jù)。這當中的第1幀即為地址鄭從機記錄該地址并判斷是否執(zhí)行該功能。轉貼于論文聯(lián)盟.ll.通常，程序中會設置一個3.5幀計時器，當線路上有數(shù)據(jù)時計時器不計數(shù)，一旦線路空閑那么計時器計數(shù)開始，直至該計時器停頓計數(shù)，這時線路上開始有數(shù)據(jù)包發(fā)出，這第一幀數(shù)據(jù)即為地址鄭值得注意的是，3.5幀時間并非常數(shù)，應根據(jù)傳輸速率及幀校驗方式奇偶校驗或無校驗而定。表2ASII形式傳輸格式

11、表3RTU形式傳輸格式3.2功能碼定義客戶所懇求的效勞和效勞器所提供的效勞均通過功能碼Funtinde標識。dbus功能碼分三種，即公共功能碼、用戶自定義功能碼和保存功能碼，公共功能碼是已定義的功能碼，保證其唯一性，包含現(xiàn)存已定義的公共指配功能碼和將來使用的未指配保存功能碼。用戶定義功能碼有兩個定義范圍，即65至72和十進制100至110。用戶沒有dbus組織的任何批準就可以選擇和實現(xiàn)一個功能碼。保存功能碼是一些公司對傳統(tǒng)產品通常使用的功能碼，并且對公共使用是無效的功能碼。為使用方便，在本套系統(tǒng)中，我們僅編寫dbus協(xié)議中的三個公共功能碼，包括寫單個存放器0 x06，讀多個存放器0 x13，讀

12、寫多個存放器0 x17。以寫單個存放器為例，懇求信息為響應為函數(shù)流程圖如下：圖2系統(tǒng)響應流程圖除此之外，我們還可以擴展其他功能，比方利用讀文件記錄0 x20，寫文件記錄0 x21兩個功能碼來存儲系統(tǒng)的相關信息，如故障記錄，使用過的規(guī)準查詢，各設備使用情況等。3.3校驗碼的生成根據(jù)傳輸形式的不同，系統(tǒng)需要產生不同的校驗碼heksu,ASII形式采用LR校驗LngitudinalRedundanyhek而RTU采用R校驗ylialRedundanyhek，實現(xiàn)這兩種方法的函數(shù)均可以在相關資料中找到。下面是用語言設計的R校驗，其中Unsignedhardata為指向訊息緩沖區(qū)buffer之指針Uns

13、ignedharlength為訊息緩沖區(qū)中位元組數(shù)目，而產生的返回值reg-r即為回傳之校驗碼。2unsignedintr_hkunsignedhardata,unsignedharlengthintj;unsignedintreg_r=0 xFFFF;hilelengthreg_r=data+;frj=0;j10 xA001;elsereg_r=reg_r1;returnreg_r;4.總結通過上述系統(tǒng)，希望能與先進控制設備實現(xiàn)對接，從而進步系統(tǒng)的改進速度，使機床整體性能得到提升。本文作者創(chuàng)新點：將dbus這項廣泛應用的協(xié)議用于電火花加工機床，并在加工中獲得了很好的加工效果，進步了整體機床的自動化程度。5.參考文獻1朱小襄.dbus通信協(xié)議及編程.電子工程師,vl.31.N.7jul.20222臺達