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Modbus電磁流量計在污水計量中應用
發布時間:2019-07-22

【摘要】本文深入分析了基于Modbus協議的電磁流量計通訊在污水計量中的應用,通過RS-485串口連接,進行相關的流量信息的讀取,從而切實可靠的保證了數據穩定性、可靠性和精確性。
0引言
  隨著中國城市經濟的發展,無論是生活污水量還是工業污水量都出現了較快增長的態勢,使得水環境污染和水環境質量下降的趨勢也在不斷加劇。因此,國家加強了對污水處理的投資,興建和投運了大量的污水處理廠,從而改善我們所處的生態環境。如何保證污水處理的水質、水量達到國家排放標準,這就對計量檢測儀表的配置和管理提出了新的要求。
  目前,污水處理廠對電磁流量計這種計量比較準確的儀表逐漸推廣和普及。在傳統的污水處理廠的自動化監控及信息集成系統中,電磁流量計采用4-20mA(傳送模擬量信息)或24VDC(傳送開關量信息)信號進行通訊傳輸,很多現場層流量計與控制器之間的連接是一對一(一個I/O點對設備的一個測控點)所謂I/O接線方式。但是這樣的系統存在一些明顯的缺點,那就是信息集成能力不強;系統不開放、可集成性差、專業性不強;可靠性不易保證;可維護性不高等。
如果現場層設備配有串行數據接口(如RS-232/485),控制器就可以按接口規定協議,通過串行通信方式(而不是I/O方式)完成對現場設備的監控。[1]如果設想全部或大部分現場設備都具有串行通信接口并具有統一的通信協議,控制器只需一根通信電纜就可將分散的現場設備連接,完成對所有現場設備的監控,這就是所說的采用現場總線技術。
1Modbus協議在電磁流量計通訊中實現的簡介
  目前,污水處理廠所用的電磁流量計大部分都配有串行數據接口(如RS-232/485),并且接口支持MODBUS總線協議。一般電磁流量轉換器MODBUS通訊采用標準MODBUS通訊協議,MODBUS模塊和上位機進行通訊的波特率為600–19200,波特率設備地址可以通過鍵盤進行設置。通訊由主機發起,主機首先發送消息幀,消息幀的發送間隔必須大于3.5個以上字符的發送時間。[2]消息幀發送的第一個字節是設備地址,從設備不斷的偵測網絡總線當接收到第一個字節,每一個設備都進行解碼以判斷是否是發往自己的消息幀;接收到一個字符之后,如果停頓時間超過3.5個以上字符的發送時間,標志著前一個消息幀發送結束,一個新的消息幀在此停頓后開始。字符間隔不能大于一個字符,否則認為是一條新的消息幀開始,老的消息幀結束。
消息幀定義如下:

  Modbus通訊協議規定了2種通訊方式。RTU(REMOTETERMINALUNIT)方式通訊采用8位字節的二進制數據通訊,數據校驗采用CRC循環冗余校驗,通訊速度較快;ASCII方式采用7位ASCII碼進行通訊,數據校驗采用LRC邏輯冗余校驗,通訊速率較慢。針對MODBUS在電磁流量轉換器上的應用,在MODBUS的功能碼中,不同公司采用不同的方式實現,有的公司只用了3個功能碼:03、04、06。03號功能碼主要用來讀取流量信息,包括瞬時流量、流速、流量百分比、電極電阻、正向累計、反向累計、儀表口徑、報警狀態等;04號功能碼用來讀取鍵盤參數,06號功能碼用來設置鍵盤參數。
2基于Modbus協議的電磁流量計信息讀取
  在污水處理廠和運行泵站中作為污水計量的儀表,電磁流量計信息的讀取就顯得異常重要。現場儀表的流量信息,由瞬時流量、流速、百分比、報警狀態等參數進行反映,參數存放地址如下表:

  定義如下:讀取流量信息時,主機發出功能編碼03:讀取輸入寄存器值。參數存放首址對應輸入寄存器首址的低字節。主機發送命令格式如下:
  從機地址(1Byte)+功能編碼(1Byte)+輸入寄存器首址(2Byte)+輸入寄存器個數(2Byte)+CRC校驗值(2Byte),從機地址值范圍在1-99;
  輸入寄存器高字節全部是0,低字節范圍在01~09,對應上面表格中參數存放首址。輸入寄存器個數高字節是0,低字節是3,從機回應格式如下:
  從機地址(1Byte)+功能編碼(1Byte)+讀出的字節個數(1Byte)+字節內容(6Byte)+CRC校驗值(2Byte),返回的參數占6個字節,故字節個數是6。
  注:讀取流量信息時,對瞬時流量、流速、百分比、報警狀態等參數,用戶可以分別讀取,即一次只讀取一個參數。用戶也可以一次性讀取所有的8個參數或一次讀取其中的幾個參數。讀出的流量信息有兩種表示方法:整形數表示法和浮點數表示法。如沒有特殊聲明,儀表一般采用整形數據進行傳輸。
詳細信息結構定義如下:
1)瞬時流量信息定義
主機發送:
01H03H00H01H00H03H54H0BH
從機響應:
01H03H06HD0D1D2D3D4D5CRC16低CRC16高
  如果數據以整形數格式進行傳輸,則D0、D1代表瞬時流量整數部分的高4位(16進制),D2、D3代表瞬時流量整數部分的低4位(16進制),D4、D5代表瞬時流量小數部分值(16進制)。
2)流速信息定義
主機發送:
01H03H00H04H00H03H44H0AH
從機響應:
01H03H06HD0D1D2D3D4D5CRC16低CRC16高
  如果數據以整形數格式進行傳輸,則D0、D1代表流速整數部分的高4位(16進制),D2、D3代表流速整數部分的低4位(16進制),D4、D5代表流速小數部分值(16進制)。
3)正向總量信息定義
主機發送:
01H03H00H0DH00H03H94H08H
從機響應
01H03H06HD0D1D2D3D4D5CRC16低CRC16高
  如果數據以整形數格式進行傳輸,則將D0、D1由16進制轉換成10進制X0X1X2X3,將D2、D3由16進制轉換成10進制X4X5X6X7,將D4、D5由16進制轉換成10進制X8X9X10X11,數據由X0X1X2X3X4X5X6X7X8X9組成,小數點位置和累計單位由X10X11決定。

舉例說明如下:
如接收到的數據是
01H04H06H00H22H16430C84686B
則0022(16進制)=34(十進制)
則1643(16進制)=5699(十進制)
則0C84(16進制)=3204(十進制)
則數據可表示為34569932,04是小數點位數,查表為0.001m3,故實際數據為34569.932m3。
4)反向總量信息定義
主機發送:
01H03H00H10H00H03H04H0EH
從機響應:
01H03H06HD0D1D2D3D4D5CRC16低CRC16高
數據表示方法和正向總量一樣。
5)報警狀態信息定義
主機發送:
01H03H00H16H00H03HE4H0FH
從機響應:
01H03H06HD0D1D2D3D4D5CRC16低CRC16高
  如果數據以整形數格式進行傳輸,則D2、D3代表報警狀態整數值(十六進制),D0、D1、D4、D5保留。
  報警狀態的值范圍不會超過1024,用二進制位表示為:Bit9Bit8Bit7Bit6Bit5Bit4BIT3bit2Bit1Bit0,分別定義如下:
位定義:Bitx=0無警狀態;Bitx=1報警狀態;

3基于Modbus協議的電磁流量計參數讀取
基于Modbus協議的電磁流量計在進行參數讀取時,可以先定義


現場儀表的各個參數,參數編號定義如下:
3.1語言選擇
參數值=0:中文
參數值=1:英文
3.2流量量程設置:0~65535。
4電磁流量計Modbus通訊的安裝與布線
電磁流量計按照RS-485串口方式進行布線和連接,按照下圖方式進行連接:
電磁流量計Modbus通訊接線圖
  工控機或PC機通過串口連接到RS232/RS485轉換器,轉換器的+A、+B分別連接到各個電磁流量計。
  如果是分體式電磁流量計,將RS232/RS485轉換器的+A、+B分別和電磁流量計的A2、B2相連接,如果接線較長,連接的儀表較多,有必要在遠端加一個100Ω-200Ω的匹配電阻。
  如果是一體式電磁流量計,將RS232/RS485轉換器的+A、+B分別和電磁流量計的TRX+、TRX-相連接,如果接線較長,連接的儀表較多,有必要在遠端加一個100Ω-200Ω的匹配電阻。
5電磁流量計的Modbus通訊測試
  如果用戶需要和現場儀表進行MODBUS通訊,可以安裝測試程序進行測試,利用測試應用程序MODBUSV1.0及通訊范例源程序(VB)進行通訊測試。
  用戶在應用MODNUS之前應該仔細閱讀電磁流量計MODBUS通訊協議,這樣上位機才能正確的讀、寫電磁流量計的相關參數。測試時,打開測試應用程序MODBUSV1.0,如下圖:
如果RS232/RS485轉換器輸出是與多臺電磁流量計相連接,首先應該注意的是:
1)必須將每一臺電磁流量計設置為不同的地址,地址范圍是01-32。地址如果重復,通訊很容易出錯。

2)記住每一臺電磁流量計的通訊速度。通訊速度的波特率包括600、1200、2400、4800、9600、14400、19200。每一臺電磁流量計的通訊速度應該盡量一致,這樣操作方便,也減少了出錯的幾率。
連接完畢后,操作如下:
  如果連接的儀表中有一臺儀表地址是02,通訊速度是19200,則首先在測試畫面的左面,在通訊速度的列表框中選擇19200,在設備地址的列表框中選擇02;此時在右邊的空白框中就會有數據顯示。點擊顯示刷新按扭,會對右邊的數據進行瞬間清屏。
如果要對02號儀表的鍵盤參數進行讀、寫,可點擊左邊的讀/寫參數按扭,彈出下圖:
寫參數時,可在下拉列表框中選擇,或在文本框中輸入參數。參數下面有提示,輸入不能超過范圍。

6結束語
  目前中國對于環境治理的重視程度日益增強,其中污水處理是重中之重。[3]在污水計量中起到關鍵作用的流量計就顯得非常重要,為了保證計量數據的穩定性、可靠性和精確性,采用串口方式基于Modbus協議進行數據通訊的優勢就尤為突出。這種串口通訊方式,必將在今后污水處理廠的自動化系統和信息集成系統中,應用的更加廣泛。

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