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Modbus協議在金屬管浮子流量計中的應用
发布时间:2021-2-23 08:08:24

【導讀】:將Modbus通訊協議移植到金屬管浮子流量計,使得檢測儀表更具智能化和網絡化,同時爲實現數字化組網提供了可行接口 。經過調試表明移植後的Modbus通訊協議可以實現基本功能,取得了預期的效果 。
摘要: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通讯协议移植到金屬管浮子流量計,使得檢測儀表更具智能化和網絡化,同時爲實現數字化組網提供了可行接口 。經過調試表明移植後的Modbus通訊協議可以實現基本功能,取得了預期的效果 。
  浮子流量計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 。金屬管浮子流量計可以适应高温、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 ;贛odbus协议的金屬管浮子流量計,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屬管浮子流量計中,使得仪表具有现场总线组网功能 。
1.金屬管浮子流量計整体结构设计
  图1是金屬管浮子流量計整体结构图 。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,非常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 。
金屬管浮子流量計整体结构图示
2.Modbus模塊硬件電路設計
  Modbus通信協議有兩種串行傳輸模式:ASCII模式和RTU(遠程終端單元)模式,與這兩種模式對應的幀格式是ASCII幀格式和RTU幀格式 。本文采用RTU幀格式,其數據幀格式爲如表1所示 。
  一次發送的數據幀必須是作爲一個連續的數據流進行傳輸 。Modbus的RTU模式規定不同數據幀之間的間隔是3.5個字節通信時間以上(即起始位和結束符T1-T2-T3-T4) 。
  CRC校驗是爲了防止傳送過程中傳輸錯誤,將自己計算的校驗碼與接收的校驗碼進行對比,相同則確認接收正確繼續解析報文,否則接收到的是誤碼並停止解析報文 。
  Modbus通訊模塊硬件電路比較簡單,采用MAXIM(美信)公司的Max3072芯片將數字信號轉換爲差壓信號傳輸,圖2爲Modbus通訊模塊硬件設計圖,通過USART與CPU進行數據交互 。

  Modbus模塊通過兩根串口線RX_485和TX_485與CPU相連,經過MAX3072後轉化爲差壓信號在485總線上傳輸,差壓信號幅值在200mV左右 。
3.Modbus模塊軟件設計
  Modbus通訊模塊功能是實現流量儀表與主機或其他設備的數據交互,儀表Modbus模塊的信號是通過RS485總線進行傳輸,其狀態轉換圖如圖3所示 。程序初始化結束後,首先進入初始狀態 。由于Modbus協議規定兩次幀數據傳輸的時間間隔不能小于30μs,因此在進入初始狀態後會開啓定時器,30μs以後進入就緒狀態 。有數據傳輸時,進入接收狀態,幀數據接收完成後進入幀解析封裝狀態,若接收數據出錯則進入錯誤狀態,封裝後再進入發送狀態,若數據正確則直接完成封裝進入發送狀態,數據發送完成後則再次進入初始狀態 。Modbus模塊軟件設計流程圖如圖4所示 。
4.系統調試
  Modbus通訊模塊驗證實驗的目的是驗證流量儀表能否通過485總線實現流量信息與控制台的信息交互 。本文應用Modbus調試助手軟件模擬控制台與Modbus模塊進行通信,驗證儀表Modbus模塊能否實現正常通訊 。圖5是Modbus模塊與控制台通信的電路連接圖 。
  爲驗證Modbus模塊通訊的正確性,本文通過Modbus調試助手往Modbus模塊下發數據,若能返回正確數據,則證明通訊成功 。圖6爲通過Modbus調試助手與Modbus模塊通訊圖 。以03(0x03)命令爲例進行調試的測試結果圖,03命令的功能是讀取特定寄存器的值 。串口調試助手下發的數據爲“010300000001840A”,其中01爲設備地址,03爲命令碼,0000爲起始地址,0001爲寄存器數量,840A爲CRC校驗碼 。Modbus回發數據爲“0103020810BE48”,其中01爲設備地址,03爲命令碼,02爲字節數,0810爲寄存的值,BE48爲CRC校驗碼 。測試結果表明,Modbus模塊能正常工作 。
5結束語
  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屬管浮子流量計中,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 。

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