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Modbus协议在金属管浮子流量计中的应用

时间:2017-05-18 16:06 来源:http://www.shslgs.com 点击数:

随着通信技术、集成电路技术的发展,传统的现场检测仪器的智能化和数字化程度在逐渐提升。现场总线作为开放化、数字化、多点通讯的底层控制网络,成为了近代工业控制系统的热门研究项目。将Modbus通讯协议移植到金属管浮子流量计,使得检测仪表更具智能化和网络化,同时为实现数字化组网提供了可行接口。经过调试表明移植后的Modbus通讯协议可以实现基本功能,取得了预期的效果。

浮子流量计是一种经典的变面积式流量计,具有结构简单、直观、压损小、测量范围大、运行可靠、可测中小流量及低雷诺数流量、维护方便、寿命长,对仪表前后直管段长度要求不高等优点。 金属管浮子流量计可以适应高温、高压、强腐蚀、剧毒等多种苛刻环境,较少的可动部件、便于维护,解决了生产中的许多难题。

基于 Modbus 协议的金属管浮子流量计,通过选择低功耗的微处理器和通讯芯片,将具有开放协议的 Modbus 协议移植到传统的金属管浮子流量计中,使得仪表具有现场总线组网功能。

1.金属管浮子流量计整体结构设计

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1是金属管浮子流量计整体结构图。 流量测量过程可概括为: 磁阻传感器将浮子位移信号转化为电信号送给信号处理电路, 经过信号处理电路进行放大滤波后再经由 AD 采样模块采样,最后送给微处理器处理,微处理器经过一系列处理后得到当前流量信息, 送给液晶模块显示或者通过 Modbus 模块将信号远传给其他设备使用。

2.Modbus 模块硬件电路设计

Modbus 通信协议有两种串行传输模式:ASCII 模式和 RTU(远程终端单元)模式,与这两种模式对应的帧格式是ASCII 帧格式和 RTU 帧格式。 本文采用 RTU 帧格式,其数据帧格式为如表所示。

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次发送的数据帧必须是作为一个连续的数据流进行传输。Modbus  RTU 模式规定不同数据帧之间的间隔是 35 个字节通信时间以上(即起始位和结束符 T1T2T3T4

CRC 校验是为了防止传送过程中传输错误,将自己计算的校验码与接收的校验码进行对比, 相同则确认接收正确继续解析报文,否则接收到的是误码并停止解析报文。

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Modbus 通讯模块硬件电路比较简单 ,采用 MAXIM(美信 )公司的 Max3072 芯片将数字信号转换为差压信号传输,图Modbus 通讯模块硬件设计图, 通过 USART  CPU 进行数据交互。

Modbus 模块通过两根串口线 RX_485  TX_485  CPU相连,经过 MAX3072 后转化为差压信号在 485 总线上传输,差压信号幅值在 200mV 左右。

3.Modbus 模块软件设计

Modbus 通讯模块功能是实现流量仪表与主机或其他设备的数据交互,Modbus 模块的信号是通过 RS485 总线进行传输,其状态转换图如图所示。

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程序初始化结束后, 首先进入初始状态。 由于 Modbus 协议规定两次帧数据传输的时间间隔不能小于 30μs,因此在进入初始状态后会开启定时器,30μs 以后进入就绪状态。 有数据传输时,进入接收状态,帧数据接收完成后进入帧解析封装状态,若接收数据出错则进入错误状态,封装后再进入发送状态, 若数据正确则直接完成封装进入发送状态,数据发送完成后则再次进入初始状态。 Modbus 模块软件设计流程图如图所示。

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4.系统调试

Modbus 通讯模块验证实验的目的是验证流量仪表能否通过 485 总线实现流量信息与控制台的信息交互。 本文应用Modbus 调试助手软件模拟控制台与 Modbus 模块进行通信 ,验证 Modbus 模块能否实现正常通讯。  Modbus 模块与控制台通信的电路连接图。

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为验证 Modbus 模块通讯的正确性, 本文通过 Modbus 调试助手往 Modbus 模块下发数据,若能返回正确数据,则证明通讯成功。 为通过 Modbus 调试助手与 Modbus 模块通讯图。

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030x03)命令为例进行调试的测试结果图 03 命令的能是读取特定寄存器的值。 串口调试助手下发的数据为 “01 03 00 00 00 01 84 0A” 其中 01 为设备地址,03 为命令码,00 00 为起始地址 00 01 为寄存器数量 84 0A  CRC 校验码。 Modbus 回发数据为 “01 03 02 08 10 BE 48”,其中 01为设备地址,03 为命令码,02 为字节数,08 10 为寄存的值,BE 48  CRC 校验码。 测试结果表明,Modbus 模块能正常工作。

5.结束语

择低功耗的微处理器和通讯芯片,  将具有开放协议的Modbus 协议移植到传统的金属管浮子流量计中,实现了硬件平台设计和软件平台设计,调试结果表明,移植后的 Modbus 协议能够与控制台实现实时通信,使得仪表具有现场总线组网功能。