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随着煤矿监控系统从单一监控功能向性能可靠、功能强大的网络化、标准化、智能化的发展，要求各井下分站必须能相互配合，协同工作，同时也要求各分站与井上监控中心交互数据，以保证连续生产，实现全局的监控和优化。而目前，由于不同的监控系统相互独立，兼容性差，且网络化的监控系统采用了不同的通信技术和信息交换标准，难以做到信息共享和统一管理，容易形成“信息孤岛”[1]。此外，现用井下分站大多采用不同的开发平台、由不同的厂家开发，彼此之间形成了由不同通信协议和通信接口组成的异构系统。针对上述问题，在对传统方法分析研究的基础上，提出了基于Modbus协议的煤矿安全监控系统数据集成方案，井下分站采用标准通用协议实现数据实时通信，将异构设备接口通信归一化，有效实现分站间相互操作和数据共享，解决了传统方法在分站和协议较多时既繁琐又效率低下的问题。
协议是1978年由Modicon公司制定的应用于电子控制器上的一种应用层报文传输协议，与底层的物理接口及电气规范无关，支持传统的一232／422／485设备和以太网设备等。从功能上看，可被认为是一种现场总线，不同厂家生产的控制器设备通过Modbus接口可以相互连成工业网络，进行整个系统的集中监控。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络和其他设备之间可以进行通信，它的开放性使其逐步成为一种自动控制的通信协议标准。
协议定义了一个控制器能识别和使用的报文结构，而不管它们通过何种网络类型进行通信。该协议描述了控制器如何请求访问其它设备，如何响应来自其它设备的请求，以及错误怎样被检测及报告的过程[3]。此外，Modbus协议采用Mas——Slave技术，是一种应答方式的通信协议，将通信参与者规定为“主站(MASTER)”和“从站”数据通信时，主站发出数据请求消息，从站接收到正确消息后就可以发送数据到主站以响应请求；主站亦可直接发消息修改从站的数据，实现双向读写。每个从站都有相应的地址编号，数量最多可达274个。它通过多达24种的总线命令实现主站和从站之间的信息交换，具有简单、高效、可靠和容易实现等优点。因为协议良好的适用性，已经得到了众多大公司的支持，都把它作为一种标准的通信接口提供给用户，并且作为与主系统通信的主要途径。系统的数据采集软件主要由下位机驱动模块、分站配置管理模块以及数据采集模块三部分组成，上位机与井下分站之间通过Modbus协议进行通信，其架构如图1所示。其中，下位机驱动模块的实现基于协议的开源NModbus库，在此基础上进行封装和扩展，作为数据采集软件的“基础设施”，并以接口的方式为其它模块提供服务；在下位机配置管理模块中，针对目前监控系统中的下位机存在配置不灵活、扩充性较差和不能很好适应系统环境和用户需求变化等问题，利用XMI。文档规范统一、互操作性强且与平台无关等特点，把相关参数以XML文件进行描述，其中Slave．xml文件中保存了下位机的连接方式、速率、校验方式、IP地址等信息；Register．xml文件中保存了各类传感器的类型、闭锁输出通道、信号类型、量程、告警值、闭锁值等参数，并设计专用的辅助类对下位机及其各种参数进行配置管理，使得系统具有较好的适应性、灵活性和可配置性；数据采集模块以下位机驱动模块为基础，并与下位机配置管理模块相互协作，通过Modbus协议与下位机通信，实现井下各种传感器参数的实时采集，并对采集到数据进行相应处理和持久化。三个模块都以动态连接库(DLL)的形式发布，以此可节省系统资源，也有利于软件部署和安装。
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发表于 2012-9-25 14:21