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基于Modbus协议金属管浮子流量计
发布时间:2021-8-30 08:43:29

摘要:文章介绍了金属管浮子流量计硬件设计及基于Modbus的通讯系统,并将modbus协议应用到传统仪表_上,使得仪表具有了真正智能的意义,同时也为今后实现数字化组网提供了接口。
  金属管浮子流量计具有抗干扰能力强,使用寿命长,可以在高黏度酸、碱、粉尘振动等恶劣环境下工作,在石油、化工、冶金电力食品医药给排水.等多个行业得到了广泛应用。.
  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。该流量计具有结构简单、精度高、功耗低等特点,可广泛用于工业测量。
1流量计硬件设计
  浮子流量计的浮子位移与流量之间存在明确对应的函数关系,测出浮子位移即可确定流量大小。由于流量计的浮子位移不能直接读出,所以,将磁钢封入浮子内,由设在转换器内的磁耦合机构得到浮子位移,并由位移传感器将与流量对应的浮子位移转换成电信号,经处理后送入单片机。
 
  本系统使用高性能低功耗16位微处理器MSP430fe425作为流量计的中心部件。它内部含有16位Ab,并具有FLASH存储器,这样不需外扩A/D就可实现对流量信号的采集,以及表校和设定数据的存储。
2基于Modbus的通讯系统
2.1Modbus通讯协议概述
  Modbus协议是应用于电子控制器上的-种通用协议。通过此协议,控制器相互之间控制器经由网络(例如以太网)和其他设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它,不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络,进行集中监控,减少了人力成本,提高了生产效率。
  Modbus协议采用主从工作方式,允许一台主机和多台从机通信,每台从机地址由用户设定,地址范围为1~255。通信采用命令,应答方式,每一-种命:令帧都对应一-个应答帧。命令帧由主机发出,所有从机都将收到报文,但只有被寻址的从机才会响应命令,返回相应的应答帧。如果命令帧中寻址地址为0,则视为全局广播,所有从机把它当一条命令执行,不返回应答帧。
2.2Modbus网络通讯传输模式
  Modbus网络通讯可以设置为两种传输模式:ASCII模式或RTU(RenoteTeminalUnit)模式。笔者介绍的流量计采用的是RTU模式。RTU模式主要优点是:在同样的波特率下可比ASCII方式传送更多的数据。
RTU模式中字节的格式如下:
编码系统:8位二进制,十六进制0-9,A-F。
数据位:1个起始位;8个数据位;奇/偶校验时1个停止位,无奇偶校验时2个停止位。
错误校验区:循环冗余校验(CRC)。
 
开始和终止都需要至少35个字符时间的停顿间隔。
2.3Modbus功能码
  Modbus定义的功能代码范围为1~127,不同功能的设备往往只使用其中的一部分。在主机要求传输中,功能代码告诉从机要执行一一个什么动作。在从机响应传输中,如果从机发送的功能代码与主机发送的功能代码相同,则表明从机已执行所要求的功能;如果不同则表明从机没有执行所要求的功能,返回了一个错误信息。
 
  流量计设计在通讯过程中用03H(读取内部寄存内容和10H(刷新多个寄存器内容)两个功能。

  1. 应用

 
  笔者设计的流量计通过亚控组态王可将现场变送器的瞬时流量和累计流量读上来。通讯功能协议符合基于RS-485的RTU格式Modbus通讯协议,用户可根据下位机的具体要求,修改不同寄存器的内容。下位机具有AD采集、4-20mA模拟输出瞬时、累计流量显示功能设定数据备份数据恢复等功能,下位机的地址可由用户在.上、下位机设定。如果在通讯过程中有设备断线,组态王经过两次查询未果,将送出问号,并继续与其他设备通讯。通过设定可定时查询故障设备是否恢复通讯。
  经现场测试,该流量计的瞬间流量精度基本误差:0.3125%,回差:0.375%;累计精度不超过10%,且通过温度测试发现,温度变化对变送器电流输出影响不大。

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