modbus报文分析实例基于Modbus与ZigBee的通信冗余过程控制系统开发

导读摘要：针对传统的工业现场过程控制系统布线量大、成本高和维护困难等问题，提出了一种采用Modbus总线技术、ZigBee无线技术和STM32技术的通信冗余监控....

摘 要：针对传统的工业现场过程控制系统布线量大、成本高和维护困难等问题，提出了一种采用Modbus总线技术、ZigBee无线技术和STM32技术的通信冗余监控系统。该系统可实现两种形式的通信：Modbus总线通信和作为通信冗余的ZigBee无线通信，提高了系统的稳定性。下位机将工业现场仪器仪表采集的数据信息集中传输给上位机，便于对现场进行监测。系统具有一定的隔离、抗干扰和防雷击保护措施，适用于工业现场。

0 引言

在传统的过程控制系统中，对系统的实时监测和控制是最重要的两个环节，但是现场设备的分布式布局造成了布线量大、设备维护困难以及可靠性低等缺点，特别是数据的传输存在很大的安全隐患。根据上述现状，笔者以STM32F103RCT6芯片和CC2530芯片作为系统控制器，设计了一套基于Modbus和ZigBee的通信冗余过程监控系统替代传统的过程控制系统。

1 通信冗余过程控制系统架构

基于Modbus和ZigBee的通信冗余过程控制系统主要分为现场设备、STM32处理器模块、ZigBee无线通信模块和上位机四个部分，系统整体架构如图1所示。通过图1可以看出，现场电气设备通过I/O口连接到现场的终端模块，由终端模块负责采集现场设备的数据以及对现场设备输出控制指令。终端模块通过基于Modbus协议的RS-485总线或ZigBee无线的方式与网关模块进行通信，实现了通信冗余的功能。网关模块通过RS-485总线与上位机通信。上位机监控系统是由Microsoft Visual Studio 2010编写的界面监控软件，数据传输以RS-485总线通信为核心，实现了采集数据信息的显示、人机交互以及溢出报警等功能。

2 下位机硬件电路设计

下位机硬件电路主控芯片采用基于ARM内核Cortex-M3的STM32F10x系列F103RCT6芯片。该芯片拥有256 KB的Flash存储器和48 KB RAM，具有多路定时器以及输入输出端口，并且具有功耗低、多线程等优点，满足工业现场设备的数据采集性能要求。ZigBee无线通信模块采用的主控芯片是TI公司生产的CC2530芯片。CC2530内部搭载了增强型8051CPU，内置德州仪器的ZigBee协议栈(Z-Stack-TM)，并且具有优良的RF性能，适用于ZigBee无线通信的解决方案