1 MODBUS協議簡介

MODBUS是一種工業通信和分布式控制系統協議，由美國著名的可編程控制器制造公司莫迪康公司(MODICON INC)提出，已廣泛地應用于工業控制中。MODBUS是一種主從協議，允許一臺主機與多臺從機通信。在MODBUS中有兩種有效的數據傳送方式，即 ASCII碼和RTU方式。本系統采用RTU方式，這種方式的主要優點是在同樣的波特率下，RTU方式數據傳送效率高。

2 用MODBUS協議構建無線數據采集系統

油田采油廠主要生產數據集中在聯合站，一般采油廠有5～10個聯合站，站間距離幾公里到十幾公里，每個聯合站有3～4個操作崗位，崗位間距離20～300米之間不等，每個崗位有生產參數10～20個，對數據采集有實時性要求。建立聯合站數據采集管理系統有多種方法，如鋪設光纜、電纜、使用 CDMA網絡等，考察各種方式，其系統造價、運營成本均很高，低成本建立此系統有一定難度。我們使用MODBUS協議、RS485接口、數據采集模塊、遠程、短程無線數傳機，采用有線、無線數據傳輸相結合的傳輸方法，并與廠內原有的局域網對接，用組態軟件管理上位機，低成本地構建了全廠具有多終端查詢和監控功能的聯合站生產數據采集管理系統，系統結構見圖1。

現場數據由多個SSX-M03 8路標準信號、SSX-M04 6路脈沖信號數據采集模塊負責數據采集，SSX-M21數據采集管理模塊以有線、短程無線、RS485接口方式，按MODBUS協議將數據收集起來。因 RS485通訊接口雙絞線傳輸距離在小于100kbps可達1200米，短程無線數傳距離小于500米，各模塊在安裝時可分散就近安裝。主PC機通過 RS232、RS232轉RS485接口，主數傳電臺以MODBUS協議將各分站數據收集上來，在PC機上實現多聯合站數據匯總報表、工藝自控流程圖顯示、趨勢曲線繪制等工作，同時將PC機接入廠內局域網，廠內局域網各終端以BS方式瀏覽整個數據采集系統，打印報表，完成廠內聯合站數據采集及管理。

圖1 系統結構圖

3 通訊接口設計

通訊是整個系統關鍵，為了保證系統長期可靠運行，系統中SSX-M21、SSX-M03、SSX-M04模塊通訊硬件接口設計采用全隔離方式，避免線路干擾損壞采集模塊，影響系統正常工作，具體線路原理圖見圖2。數據信號由RXD接收，由TXD發送，收發轉換由RXD/TXD控制，經高速光電隔離器隔離后由專用RS485接口芯片MAX487驅動輸入輸出。三極管9012驅動發光二極管起觀測通訊狀態作用，MC7805負責提供RS485 通訊側供電。

圖2 通訊接口原理圖

4 通訊協議配置

MODBUS通訊協議中命令較多，命令功能號不同，命令作用不同，本系統正常工作時主要使用03命令，讀單個或者多個寄存器命令。下面敘述命令為讀取8個模擬量及錯誤狀態，命令由SSX-M21發出，SSX-M03應答，SSX-M03地址號為11。

主機呼叫報文，要求讀出8個模擬量及錯誤狀態，共9個寄存器。

地址00001011，功能00000011，數據起始寄存器號高位00000000，數據起始寄存器號低位00000000，數據寄存器數高位00000000，數據寄存器數低位00001001，CRC低位，CRC高位。合計8字節。

從機應答報文(8路模擬量采樣數值為4095，無錯誤)：

地址00001011，功能00000011，數據字節計數00010010。

數據1輸出寄存器高位00001111，數據1輸出寄存器低位11111111;

數據2輸出寄存器高位00001111，數據2輸出寄存器低位11111111;

數據3輸出寄存器高位00001111，數據3輸出寄存器低位11111111;

數據4輸出寄存器高位00001111，數據4輸出寄存器低位11111111;

數據5輸出寄存器高位00001111，數據5輸出寄存器低位11111111;

數據6輸出寄存器高位00001111，數據6輸出寄存器低位11111111;

數據7輸出寄存器高位00001111，數據7輸出寄存器低位11111111;

數據8輸出寄存器高位00001111，數據8輸出寄存器低位11111111;

數據9輸出寄存器高位00000000，數據9輸出寄存器低位00000000;

CRC低位，CRC高位。合計23字節。

SSX-M21對SSX-M04模塊呼叫命令、PC機呼叫各聯合站SSX-M21命令與前述類似，只是地址與通訊的數據量不同。

5 KINGVIEW軟件下的管理系統界面

各聯合站數據以遠程無線傳輸方式進入PC機后，所有數據處理均在此PC機中進行，并將相關畫面、數據發布到局域網上，在KINGVIEW系統下，做如下幾個部分工作：

聯合站工藝自控流程圖;

聯合站油氣水數據報表;

聯合站原油含水趨勢曲線;

聯合站油罐液面歷史紀錄曲線;

用戶登陸配置畫面等。

圖3為其中一聯合站工藝自控流程圖。

圖3聯合站工藝自控流程圖

6 KINGVIEW軟件下的局域網內瀏覽界面

KINGVIEW軟件本身有網絡功能，可以用CS或BS兩種方式進行瀏覽，本系統采用BS方式，優點是使用方便，軟件維護量小，在網上用EXPLORER直接輸入本機IP地址即可實現全廠聯合站生產數據瀏覽、打印報表等工作。

7 網絡瀏覽權限管理

全廠生產狀態與數據發布到局域網后，需要對使用本資源的人員、部門做一定管理，確定不同級別人員、部門瀏覽范圍與權限，防止局域網內非相關人員登陸，為了達到這一目的，在網絡管理上做了如下工作：

畫面分組發布，不同組畫面配置不同級別;

登陸用戶權限設置分組分級別，與畫面發布的分組相對應。

本系統設置了三個用戶級別，與采油廠內部管理機制相對應，分為廠級、礦級、隊級。局域網內用戶按預先分配給自己的用戶名、密碼登陸，廠級用戶可瀏覽全廠生產狀態與數據，隊級用戶只能瀏覽本隊生產狀態與數據。

8 結束語

此系統采用工業上廣泛使用的國際標準協議MODBUS、通訊接口RS485，用有線、無線、局域網相結合方式構建聯合站生產數據采集管理系統，成本低，實時性好，滿足了油田生產需求。由于各模塊、各短程子數傳機均采用RS485接口，使得各模塊、數傳機可以就地、就近的安放在現場數據采集點附近，減少了現場施工量，同時也降低了系統安裝成本。