船舶电站自动控制系统通信软件设计

　　1 引言

　　船舶电站自动化是在缩减船员编制的情况下提出“有一人值班机舱”和“无人值班机舱”后发展起来的。其自动化程度的提高对提高船舶供电质量和减轻船员的劳动强度具有重要的意义。随着计算机软硬件水平的提高，船舶电站自动化成为了可能，船员可以通过软件显示界面直观的看到电站的整个状态，通过鼠标来控制主开关的通断，甚至通过设定完成发电机的自动启动、自动并车等功能。实现船舶电站监控的关键是通讯技术，本文结合舰船装备的需要，设计了船舶电站监控系统通讯软件。该软件利用 Modbus 通信协议的优点，实现 PC 机与 PLC 的实时通信，完成对船舶电站的现场监控。设计的通讯软件具有较高的可靠性，在实验室长期运行良好，可以在实船上推广运用。

　　2 硬件设计

　　系统主要由电站集控台和 PLC 控制箱 2 部分组成。系统框图如图 1 所示。

　　其中，PLC 控制箱内部以 ABB 公司 PLCKT97 为核心作为下位机实现模拟量和开关量的操作，而控制台内的工控机作为上位机实现开关的遥控、电站状态和各种电能参数的显示，包括发电机及电网电压、频率等的显示。上位机与下位机通过串口通信，遵循 Modbus 通讯协议，PC机作为主设备初始化查询，PLC 作为从设备根据主设备的查询提供相应的数据。为保证通讯距离，中间经过 RS485 转换器转换。借助于 PC 机Windows 平台下的图形化软件，设计出界面友好的监控系统。RS-485 总线具有信号传输速率快、传输距离远、抗干扰能力强等优点，软件协议采用支持 RS-485 网络的 Modbus工业通信协议，它是当今全球工业领域最流行的协议，支持传统的RS-232、RS-422、RS-485 和以太网设备。不同厂商生产的控制设备包括单片机、PLC、智能仪表等都可以通过 Modbus 协议连成工业网络，进行集中监控。

　　3 通信软件的实现

　　3.1 Modbus 通信协议简介Modbus 协议主要包括 ASCII(美国标准信息交换代码)和 RTU(远程终端单元)通信模式。这两种模式的消息帧结构如表 1、2 所示。Modbus协议需要对数据进行校验，对串行通信而言，除串行协议中已具备的奇偶校验之外，ASCII 模式采用 LRC 校验，RTU 模式采用 16 位 CRC 校验。因此，Modbus 协议具有较高的可靠性。

　　ASCII 通信模式中，消息中的每 8 Bit 字节都作为每两个 ASCII 字符发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到 1 秒而不产生错误。RTU 通信模式中，消息的每个 8 Bit 字节包含两个 4 Bit 的十六进制字符。这种方式的主要优点是在同样的波特率下可比 ASCII 方式传送更多的数据。