摘要:文章介紹了金屬管浮子流量計硬件設(shè)計及基于Modbus的通訊系統(tǒng),并將modbus協(xié)議應(yīng)用到傳統(tǒng)儀表_上,使得儀表具有了真正智能的意義，同時也為今后實現(xiàn)數(shù)字化組網(wǎng)提供了接口。
金屬管浮子流量計具有抗干擾能力強(qiáng),使用壽命長，可以在高黏度酸、堿、粉塵振動等惡劣環(huán)境下工作,在石油、化工、冶金電力食品醫(yī)藥給排水.等多個行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。.
基于Modbus協(xié)議的金屬管浮子流量計。通過選擇低功耗的微處理器和通訊芯片,將具有開放協(xié)議的Modbus協(xié)議移植到傳統(tǒng)的金屬管浮子流量計中,使得儀表具有現(xiàn)場總線組網(wǎng)功能。該流量計具有結(jié)構(gòu)簡單、精度高、功耗低等特點，可廣泛用于工業(yè)測量。
1流量計硬件設(shè)計
浮子流量計的浮子位移與流量之間存在明確對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，測出浮子位移即可確定流量大小。由于流量計的浮子位移不能直接讀出,所以,將磁鋼封入浮子內(nèi)，由設(shè)在轉(zhuǎn)換器內(nèi)的磁耦合機(jī)構(gòu)得到浮子位移,并由位移傳感器將與流量對應(yīng)的浮子位移轉(zhuǎn)換成電信號,經(jīng)處理后送入單片機(jī)。
本系統(tǒng)使用高性能低功耗16位微處理器MSP430fe425作為流量計的中心部件。它內(nèi)部含有16位Ab,并具有FLASH存儲器,這樣不需外擴(kuò)A/D就可實現(xiàn)對流量信號的采集,以及表校和設(shè)定數(shù)據(jù)的存儲。
2基于Modbus的通訊系統(tǒng)
2.1Modbus通訊協(xié)議概述
Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的-種通用協(xié)議。通過此協(xié)議，控制器相互之間控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng))和其他設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它,不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行集中監(jiān)控,減少了人力成本，提高了生產(chǎn)效率。
Modbus協(xié)議采用主從工作方式，允許一臺主機(jī)和多臺從機(jī)通信,每臺從機(jī)地址由用戶設(shè)定，地址范圍為1~255。通信采用命令,應(yīng)答方式，每一-種命:令幀都對應(yīng)一-個應(yīng)答幀。命令幀由主機(jī)發(fā)出，所有從機(jī)都將收到報文,但只有被尋址的從機(jī)才會響應(yīng)命令,返回相應(yīng)的應(yīng)答幀。如果命令幀中尋址地址為0,則視為全局廣播,所有從機(jī)把它當(dāng)一條命令執(zhí)行,不返回應(yīng)答幀。
2.2Modbus網(wǎng)絡(luò)通訊傳輸模式
Modbus網(wǎng)絡(luò)通訊可以設(shè)置為兩種傳輸模式:ASCII模式或RTU(RenoteTeminalUnit)模式。流量計采用的是RTU模式。RTU模式主要優(yōu)點是:在同樣的波特率下可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù)。
RTU模式中字節(jié)的格式如下:
編碼系統(tǒng):8位二進(jìn)制，十六進(jìn)制0-9,A-F。
數(shù)據(jù)位:1個起始位;8個數(shù)據(jù)位;奇/偶校驗時1個停止位,無奇偶校驗時2個停止位。
錯誤校驗區(qū):循環(huán)冗余校驗(CRC)。
開始和終止都需要至少35個字符時間的停頓間隔。
2.3Modbus功能碼
Modbus定義的功能代碼范圍為1~127,不同功能的設(shè)備往往只使用其中的一部分。在主機(jī)要求傳輸中,功能代碼告訴從機(jī)要執(zhí)行一一個什么動作。在從機(jī)響應(yīng)傳輸中，如果從機(jī)發(fā)送的功能代碼與主機(jī)發(fā)送的功能代碼相同,則表明從機(jī)已執(zhí)行所要求的功能;如果不同則表明從機(jī)沒有執(zhí)行所要求的功能，返回了一個錯誤信息。
流量計設(shè)計在通訊過程中用03H(讀取內(nèi)部寄存內(nèi)容和10H（刷新多個寄存器內(nèi)容）兩個功能。
- 應(yīng)用
流量計通過亞控組態(tài)王可將現(xiàn)場變送器的瞬時流量和累計流量讀上來。通訊功能協(xié)議符合基于RS-485的RTU格式Modbus通訊協(xié)議，用戶可根據(jù)下位機(jī)的具體要求,修改不同寄存器的內(nèi)容。下位機(jī)具有AD采集、4-20mA模擬輸出瞬時、累計流量顯示功能設(shè)定數(shù)據(jù)備份數(shù)據(jù)恢復(fù)等功能，下位機(jī)的地址可由用戶在.上、下位機(jī)設(shè)定。如果在通訊過程中有設(shè)備斷線，組態(tài)王經(jīng)過兩次查詢未果,將送出問號,并繼續(xù)與其他設(shè)備通訊。通過設(shè)定可定時查詢故障設(shè)備是否恢復(fù)通訊。
經(jīng)現(xiàn)場測試，該流量計的瞬間流量精度基本誤差:0.3125%，回差:0.375%;累計精度不超過10%，且通過溫度測試發(fā)現(xiàn)，溫度變化對變送器電流輸出影響不大。
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