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1 引言
Modbus应用层协议由美国Modicon公司(现为施耐德电气旗下品牌)于1979年开发的，用于实现其PLC产品与上位机的通信。由于其简单易用，得到了广大工业自动化仪器仪表企业的采纳与支持，实际上已成为了业界标准，我国标准化委员会已将Modbus协议作为我国工业自动化的行业标准，分别制定了GB/Z19582.1-2004(Modbus应用层协议)，GB/Z19582.2-2004(串行链路上的Modbus)和GB/Z19582.3-2004(Modbus-TCP)三个标准。Modbus应用层协议位于OSI模型中的第七层，将它嵌入到不同的低层协议中形成了三种具体的通信方式:Modbus串行链路、Modbus-Plus和Modbus-TCP，三种通信网络上的设备可以通过网关来达到数据交换的目的。这些年来以太网的繁荣壮大使得将Modbus协议嵌入到TCP/IP协议中实现Modbus设备间的通信非常必要，鉴于此，1999年施奈德电气发布了Modbus-TCP协议，使得以太网上的Modbus设备可以通过502端口进行通信。
PLC在工业自动化控制领域中占有很大的比例，一些大型的控制系统中控制点数量达到上万，采用常规的通道测量方法来对PLC通道测量往往需要花费不少的时间，效率低。本文针对施耐德电气的Quantum系列PLC，通过引入Modbus-TCP协议实现普通计算机与PLC通信，用普通计算机取代编程器去进行通道测量试验。操作人员不需要对PLC和计算机的通信很熟悉就能够很快地完成通道检测，提高了工作效率。
2 Modbus通信原理
2.1 Modbus应用层协议
Modbus应用层协议位于ISO/OSI参考模型中的第七层，它是通过请求-响应机制实现不同设备间按客户/服务器方式通信。客户发送请求报文到服务器，服务器接收到报文后进行差错校验，若报文无误则执行操作，并返回响应报文到客户端，若传输出现错误则返回异常响应报文，从而完成一次通信周期。Modbus协议定义了一个与传输层无关报文格式，该报文称之为协议数据元(PDU)，协议数据元由占用一个字节的功能码和长252个字节的数据域组成，其组成形式如下图1所示:
图1 Modbus PDU结构
功能码的有效取值范围是1~255，功能码分类分为三类:公用功能码、用户自定义功能码和保留功能码。由客户端发送到服务器的报文中的功能码指示服务器所要执行的操作，一些功能码还带有子功能码，用于执行多步操作。如果服务器接收到的报文正确并执行，由服务器返回的报文中的功能码告诉客户端设备该信息为按照该功能码执行的结果。Modbus网络通信中常用到的是公用功能码，它们在不同公司产品之间的通信中具有统一的定义。表一给出了部分公用功能码的定义。
数据域内存放着Modbus设备能够识别的数据信息。由客户发送到服务器的数据域含有功能码操作的附加信息，在某些请求报文中数据域的长度为零。
表一
由表1中可看出Modbus协议中依据数据属性的区别定义了四种数据类型:离散输入、线圈、输入寄存器和输出寄存器。这四种数据类型的组合构成了Modbus数据模型。它们在不同的设备内存中分配的方式是由生产厂家预先制定的，可以是在同一区域，也可以是有各自的独立区域或其他方式。
图2 Modbus PDU寻址方式
1 引言
据测试，在太阳能电池板阵列中，相同条件下采用自动跟踪系统发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%左右。
所谓太阳能跟踪系统是能让太阳能电池板随时正对太阳，让太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置，能显著提高太阳能光伏组件的发电效率。目前市场上所使用的跟踪系统按照驱动装置分为单轴太阳能自动跟踪系统和双轴太阳能自动跟踪系统。
从制手段上系统可分为传感器跟踪和视日运动轨迹跟踪(程序跟踪)。传感器跟踪是利用光电传感器检测太阳光线是否偏离电池板法线，当太阳光线偏离电池板法线时，传感器发出偏差信号，经放大运算后控制执行机构，使跟踪装置从新对准太阳。这种跟踪装置，灵敏度高，遇到长时间乌云遮日则会影响运行。视日运动轨迹跟踪，是根据太阳的实际运行轨迹，按照预定的程序调整跟踪装置。这种跟踪方式能够全天候实时跟踪，其精度不是很高，符合运行情况，应用较广泛。
从主控单元类型上可以分为PLC控制和单片机控制。单片机控制程序在出厂时由人员编写开发，一般设备厂家不易进行开发和参数设定。而学习使用PLC比较容易，通过PLC厂家技术人员的培训，设备使用厂家的技术人员可以很方便的学会简单的调试和编写，并且PLC能够提供多种通讯接口，通讯组网也比较方便简单。
2 系统硬件设计
本系统是以PLC主控单元的视日运动轨迹控制(程序控制)双轴自动跟踪系统，视日运动轨迹跟踪就是利用PLC控制单元相应的公式和算法，计算出太阳的实时位置：太阳方位角和太阳高度角，发出指令给执行机构，从而驱动太阳能跟踪装，以达到对太阳实时跟踪的目的。
太阳在天空中的位置可以由太阳高度角和太阳方位角来确定。太阳高度角又称太阳高度、太阳俯仰角，是指太阳光线与地表水平面得之间的夹角。太阳方位角即太阳所在的方位，是指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角，可以近似看作是树立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方向的夹角。太阳方位角和高度角的实时数值可以通过地理经纬度、时区参数利用公式计算出来。
主控单元是太阳能跟踪系统的核心部件，系统选用结构紧凑。配置灵活、指令丰富的和利时LMPLC。选用的配置包括LM 3108CPU模块和LM3310扩展模块。LM3108集成为数字量24DI和16DO，能满足要求，通讯集成有RS232和RS485两个通讯接口，RS232用于与上位文本显示器通讯，RS485可用于组网使用。LM3310为四通AI模块，可用于采集风速等保护数据。配合和利时HD2400L文本显示器使用，能够监视运行状态、改变参数设置，以达到控制目的。
本文所设计跟踪调整装置其结构如下图所示：它主要由底座、立轴、横轴、两台旋转电机、传动齿轮等组成。其中旋转电机1驱动横轴，支撑太阳能电池板绕横轴运动，跟踪高度角运行。旋转电机2驱动水平轴，以跟踪方位角变化。
在的整个过程中，跟踪器能够获得优的高度角和方位角，电池板能够接收到大太阳日辐射量。系统用一套公式由PLC计算出实际时刻太阳所在的高度角和方位角，根据实时太阳高度角和方位角与跟踪装置实际的高度角和方位角的差值，以及驱动装置的运转速度，计算出执行机构的跟踪运行时间。后通过程序执行驱动电机达到要求的位置，实现对高度角和方位角的跟踪。
3 系统软件设计
跟踪模式的判断过程完全由软件实现，灵活度高，可以针对不同地区和不同的气候进行调整，从而提高光伏电站的发电效率。还可以根据需要增加光强传感器、风力传感器等多传感装置，提高安全性和更高的控制要。
通过程序控制，可以自动判断是否满足运行条件从而达到自动启动运行装置、自动停止、返回初始状态等控制。增加风力传感器用于对系统的保护作用，当风力大于一定数值时，系统停止工作，复位到原点，风速满足工作条件时，系统自动开始工作。太阳能电池板有两个自由度，控制机构对高度角和方位角两个方向进行调整。当电池板转到尽头时，由于跟踪装置装了限位传感器，到限位触点时自动切断输出，电机停止工作。
4 结论
该自动跟踪系统的准确性高、可靠性强，在天气变化比较复杂的情况下系统也能正常工作，提高太阳能的利用效率。因为PLC具有很强的可编程性，客户可以根据自己的要求来修改编写控制程序，达到佳的控制效果。对于串、并联的大型光伏太阳能阵列系统的控制，可以通过LMPLC的通讯，组成通讯网络进行集中控制。
引言
在各类数字和计算机系统中，都离不开多谐振荡器，市场上有许许多多种多谐振荡器，但功能却各不相同。本文以日本三菱公司型号为FX2-24MR的可编程控制器为例进行程序设计，并仿真验证，设计了一款用可编程控制器构成的多谐振荡器。与普通振荡器相比，本设计有以下几方面优势：
a.构成简单，具有通用性。改变程序和接线又可作其它用途;
b.程序编写简单，易于理解和掌握;
c.通过软件改变参数就可很方便地获得想要的频率和占空比。
1 设计
我们以一个具体工作任务为目标，看看整个多谐振荡器的设计全过程。该具体工作任务为设计一个频率为f=0.4Hz，占空比q=40%的多谐振荡器。
我们采用状态转移图SFC来实施这一工作任务。
(1)通过工作任务计算波形的周期T以及波形的高电平持续时间t1、低电平持续时间t2。周期按计算公式T=1/f=1/0.4=2.5s完成，t1和t2按占空比公式q=t1/(t1+t2)和t1+t2=T完成。将T=2.5s和q=40%代入到以上两个公式中，求解这个二元一次方程组，得到t1=1s，t2=1.5s。
现在我们的工作任务变为要获得一个方波，它的高电平持续时间为1s，低电平持续时间为1.5S。即波形如图1所示。
图1 多谱波振荡器方波
(2)采用状态转移图SFC时，起始状态元件选择S0，中间状态元件选择S20。高电平持续时间继电器采用T0，低电平持续时间继电器采用T1，它们的时间参数根据规则分别设置为K10和K15。据此我们可以画出状态转移图SFC，如图2所示。
图2 多谱振荡器状态转移图SFC
将状态转移图SFC变为可以实施的梯形图软件后，我们就可以将它写入到计算机里面去了。由图2的状态转移图得到的梯形图软件如图3所示。
图3 多谱波振荡器梯形图
2 I/O分配表
根据现场控制所需的输入信号和输出信号，分配可编程控制器的输入与输出点，见表1。
表1 多编程控制器多谱振荡器输入输出端口分配表
3可编程控制器多谐振荡器实施的接线图
可编程控制器多谐振荡器的实施终要反映到三菱FX2-24MR型可编程控制器的输入/输出接线上，图4为可编程控制器多谐振荡器实施的接线图。SB1为启动按钮，SB2为停止按钮，24V直流电源为可编程控制器外加的直流电源。
图4 可编程控制器多谱波振荡器连接图
4 运行观察
根据所设计的可编程控制器多谐振荡器梯形图，采用型号为FX2-24MR的可编程控制器，把可编程控制器方式开关置于运行“SHOP”档，通过计算机及数据线把程序写入到可编程控制器中，再把可编程控制器方式开关置于运行“RUN”档，合上X0，我们会看到与Y0联接的指示灯亮1s后熄灭，紧接着与Y1连接的指示灯亮1.5s后再熄灭，以后交替循环进行，按X1可结束工作任务，从而达到工作任务所设计的要求。实际运用时，将指示灯更换成负载就可以正常工作了，Y0输出频率为f、占空比为q的方波，Y1输出频率为f、占空比为(1-q)的方波。
5 扩展小结
当我们需要任意频率f、任意占空比q的方波，我们只需改变图2和图3软件中的时间继电器T0、T1的参数就可以实现。方法如下：
将f和q代入公式
计算出t1=q/f，t2=(1-q)/f。T0时间继电器中的参数K就选择计算出来的t1×10，T1时间继电器中的参数K就选择计算出来的t2×10，修改好这二个参数后再按前面所叙述的方法将程序写入到可编程控制器中运行，我们所要求的结果就可以实现了。