智能测控节点的数据通信协议 - 多网络融合的水厂自动化控制系统设计

3.2 智能测控节点的数据通信协议

　　MODBUS协议最早由Modicon公司开发，现在已成为工业领域全球最流行的协议之一。该协议支持RS-232、RS-422、RS-485和以太网等多种设备，使得不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。本设计中，智能测控节点和上位机的通信协议只采用MODBUS协议的RTU帧数据格式，通信方式采用命令请求-应答方式，且应答帧数据长度不固定，其格式如图3所示。

　　

　　在工业以太网平台，智能测控节点和上位机连接使用TCP方式，TCP帧数据直接使用表1中的MODBUSADU;在CAN网络平台，由于使用多主短帧方式，CAN数据帧仲裁场18位扩展识别符写入目的站地址和PDU子帧序号，数据场写入PDU的8字节子帧，以适合CAN数据帧的合并和拼接，数据格式如图4所示。

　　4 实验结果

　　本文使用Matlab软件对用PPTs衡量网络质量以实现自动投切的冗余算法进行仿真。由于以太网络的数据包产生网络延时的分布符合Pare to分布，其突发序列长度的性质具有自相似特征，我们可以使用Pareto分布建立的自相似模型进行网络仿真分析。本文使用Matlab7.1中GP RND()函数随机生成的数据，满足Pareto分布(x=0.3，k=0.82，θ=σ=1)，Paret0分布的PPT样本值如图5所示。图6是使用式(3)计算后的仿真结果(σ=0.25)。

　　

 

　　图5和图6的每个样本采集的时间间隔为0.2 s，第55个时间单位的时间间隔的PPT=2.380 8s，数据传输时间间隔过长，超过连续12个命令帧无响应，使得PPTs>0.8时认为通信链路断开;第22、35、72、98个时间单位的PPT虽然都大于1 s，但是随后的命令帧有响应，能快速恢复;PPTs<0.8时网络能自动识别链路没有断开。因此，用式(3)、(4)计算和判定网络链路状态，稳定性较好。

　　结语

　　本文设计了一种多网络融合的水厂自动化控制系统，自动化系统的工业以太网络平台可融合安防系统等。该系统节点提供了多网络接口与智能仪表或设备互连，并给出以太/CAN网自动投切的算法和异构网络的数据帧协议。

　　仿真实验表明，以太/CAN网冗余算法能很好地识别网络链路状态和衡量网络质量。

　　该系统通信质量高，抗干扰能力强，可靠性好，可集成度高，组态灵活，有着良好的应用前景。