基于modbus的烟气排放连续监测系统

基于modbus的烟气排放连续监测系统

煤气排放连续监测系统（cems）在中国得到广泛应用。国家环境标准《固定污染物气体排放连续监测系统技术要求和监测方法》（hjt76-2007）规定，cems应连续跟踪固环污染排放的污染物。固定污染物的总测定时间不得少于锅炉和炉渣总运行时间的75%，每小时的测量时间不得小于45分钟。因此,CEMS也必定要连续、有效地正常运行。在CEMS中引进Modbus技术,可以提高系统在数据传输、监控和处理等方面的稳定性和可靠性。Modbus技术已经在广东韶关电厂和江苏阚山电厂的CEMS中使用,经过长期运行,证明了其稳定性和可靠性。1上位机系统结构随着近几年国家对环保的重视,CEMS得到了迅速的普及和推广,国内有越来越多的仪器厂家开始引进或自主研发,并在很多电厂里得以应用,而其运行的稳定性和可靠性也在发展中不断的提高。CEMS一般是由气态污染物监测系统,颗粒物监测系统,烟气参数测量子系统,数据采集、传输、监控和处理系统,远程通信系统等组成。其中,最主要的部分是数据的采集、传输、监控和处理。CEMS一般采用适合工业现场应用的工业控制计算机作为上位机,可编程控制器作为下位机,与热工参数测量传感器、变送器、操作控制器等组成集散型控制系统,自动检测系统的各种运行参数,并对系统进行自动控制与调节。采用上、下位机的结构,下位机可编程控制器为监控系统的核心,上位机通过PPI线、工业以太网等方式与下位机互相通讯。想要保证CEMS实时地对数据进行监控、处理,必须要保证上位机与PLC之间的通讯稳定可靠,不能出现问题。在CEMS中,上位机与PLC通讯的方法有多种,比如可以使用OPC服务器、DDE服务器、Modbus方法、DLL方法等等。实践证明:DLL方法在监控方面没法达到CEMS的要求,修改起来也比较繁琐;采用OPC服务器固然是好,但西门子公司的OPC服务器PC_Access的稳定性也不是那么可靠,毕竟它是免费的,有些公司的OPC服务器的性能比较高,但却要花费很大的成本,比如Kepware公司的OPC服务器。所以相比之下,使用Modbus来通讯是最可行和可靠的方法,在代码方面,其直接通过VB或VC发送请求帧即可,不需要借助外加的软件或服务器来进行中转。Modbus编程简单,对CEMS的监控也非常方便。2基于ros-200的通信方案Modbus通信协议是Modicon公司提出的一种报文传输协议,Modbus协议在工业控制中得到了广泛的应用,它已经成为一种通用的工业标准。不同厂商生产的控制设备通过Modbus协议可以连成网络,进行集中监控。比如许多工控产品:PLC、变频器、人机界面、DCS和自动化仪表等,都在应用Modbus协议。根据传输网络类型不同分为串行链路上的Modbus和基于TCP/IP协议的Modbus。Modbus串行链路协议是一个主-从协议,采用请求-响应方式,主站发出带有从站地址的请求报文,具有该地址的从站接收到后发出响应报文进行应答。这里,Modbus协议采用RTU(远程终端单元)这种报文传输模式。通信时,报文中的每个8位字节作为两个十六进制字符,以字节为单位进行传输,采用循环冗余校验(CRC)进行错误检查。S7-200的编程软件为ModbusRTU通信设计了专用的指令。使用Modbus指令时,响应帧是PLC自动生成的,但是计算机发出的请求帧需要用户用VB或VC编程。2.1进线入值和进线地址选取首先,使用Modbus从站协议,指令库必须有MBUS_INIT指令和MBUS_SLAVE指令,如果没有,可以下个补丁进行安装。MBUS_INIT指令(如图1所示)用于使能启用(初始化)或禁用Modbus通讯。在使用MBUS_SLAVE指令之前,应成功地执行MBUS_INIT指令(该指令的输出位”Done”为1)。其中:Mode输入值用来选择通信协议,为1表示将端口0指定给Modbus协议并启用协议;Addr表示站地址,这里站地址为12(十进制表示),不同的站地址可以对应不同的多个PLC;Baud表示波特率;Parity表示奇偶校验,0表示无奇偶校验;Delay表示延迟;MaxIQ表示Modbus主设备可以使用的I/Q的点数;MaxAI表示Modbus主设备可以使用的模拟量输入字(AIW)的个数;MaxHold表示主设备可以访问的保持寄存器的最大个数;HoldStart用来设置V存储区内保持寄存器的起始地址,一般为VB0。MBUS_INIT指令如果被成功地执行,Done输出为ON。Error输出字节包含指令执行后的错误代码,为0表示没有错误。MBUS_SLAVE指令(如图2所示)用于为Modbus主设备发出的请求服务,必须在每次扫描时执行,以便检查和响应Modbus请求。EN输入为ON时每次扫描执行该指令,指令无输入参数。当MBUS_SLAVE指令响应Modbus请求时,Done输出为ON。如果没有服务请求,Done输出为OFF。Error用来输出执行该指令的结果,该输出只有在Done为ON时才有效。2.2plc的设计特点在PLC程序中添加了MBUS_INIT指令和MBUS_SLAVE指令之后,用PPI线将PLC和上位机连接,即可以通过VB或VC根据要求发送相应的请求帧来进行通讯。ModbusRTU通讯帧的基本结构如表1所示,其中从站地址为0—247,它和功能码均占一个字节,命令帧中PLC地址区的起始地址和CRC各占一个字,数据以字或字节为单位,以字为单位时高字节在前,低字节在后。帧中的数据均为十六进制数。必须注意的是:发送时CRC的低字节在前,高字节在后。作者采用的PLC是S7-200,它所支持的Modbus从站协议功能如下,可以根据需要来进行各个功能请求帧的设计。功能1,用来读单个或多个开关量输出点的ON/OFF状态。响应帧中PLC返回的输出位按每8位一个字节打包,第一位返回的是数据字节的最低位。功能1的请求帧和响应帧如表2、3所示。功能2,用来读单个或多个开关量输入点的ON/OFF状态,帧格式和返回的输入位的数据格式同功能1。功能3,读取单个或多个保持寄存器的内容,最多可以读120个字,如表4、5所示。功能4,用来读单个或多个模拟量输入值,其请求帧和响应帧的格式与功能3相同。功能5,将某一个开关量输出点置位或复位,响应帧和请求帧相同,如表6所示。功能6,将一个数据字写入V存储器,响应帧和请求帧也相同,如表7所示。3代码设计3.1阅读q触发点的命令集3.2阅读fp引导函数i的命令傅里叶变换3.3阅读创建模型的命令集4运行维护量小通过Modbus从站协议来进行系统数据的传输与监控,确保了整个系统的连续不间断运行,提高了系统的稳定性和可靠性,减轻了工作人员的日常维护量。此外,近年来,为了避免机器