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          基于Modbus協議金屬管浮子流量計
          發布時間:2021-8-30 08:43:29

          摘要:文章介紹了金屬管浮子流量計硬件設計及基于Modbus的通訊系統,并將modbus協議應用到傳統儀表_上,使得儀表具有了真正智能的意義,同時也為今后實現數字化組網提供了接口。
            金屬管浮子流量計具有抗干擾能力強,使用壽命長,可以在高黏度酸、堿、粉塵振動等惡劣環境下工作,在石油、化工、冶金電力食品醫藥給排水.等多個行業得到了廣泛應用。.
            基于Modbus協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,將具有開放協議的Modbus協議移植到傳統的金屬管浮子流量計中,使得儀表具有現場總線組網功能。該流量計具有結構簡單、精度高、功耗低等特點,可廣泛用于工業測量。
          1流量計硬件設計
            浮子流量計的浮子位移與流量之間存在明確對應的函數關系,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,由設在轉換器內的磁耦合機構得到浮子位移,并由位移傳感器將與流量對應的浮子位移轉換成電信號,經處理后送入單片機。
           
            本系統使用高性能低功耗16位微處理器MSP430fe425作為流量計的中心部件。它內部含有16位Ab,并具有FLASH存儲器,這樣不需外擴A/D就可實現對流量信號的采集,以及表校和設定數據的存儲。
          2基于Modbus的通訊系統
          2.1Modbus通訊協議概述
            Modbus協議是應用于電子控制器上的-種通用協議。通過此協議,控制器相互之間控制器經由網絡(例如以太網)和其他設備之間可以通信。它已經成為一通用工業標準。有了它,不同廠商生產的控制設備可以連成工業網絡,進行集中監控,減少了人力成本,提高了生產效率。
            Modbus協議采用主從工作方式,允許一臺主機和多臺從機通信,每臺從機地址由用戶設定,地址范圍為1~255。通信采用命令,應答方式,每一-種命:令幀都對應一-個應答幀。命令幀由主機發出,所有從機都將收到報文,但只有被尋址的從機才會響應命令,返回相應的應答幀。如果命令幀中尋址地址為0,則視為全局廣播,所有從機把它當一條命令執行,不返回應答幀。
          2.2Modbus網絡通訊傳輸模式
            Modbus網絡通訊可以設置為兩種傳輸模式:ASCII模式或RTU(RenoteTeminalUnit)模式。筆者介紹的流量計采用的是RTU模式。RTU模式主要優點是:在同樣的波特率下可比ASCII方式傳送更多的數據。
          RTU模式中字節的格式如下:
          編碼系統:8位二進制,十六進制0-9,A-F。
          數據位:1個起始位;8個數據位;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:循環冗余校驗(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,不同功能的設備往往只使用其中的一部分。在主機要求傳輸中,功能代碼告訴從機要執行一一個什么動作。在從機響應傳輸中,如果從機發送的功能代碼與主機發送的功能代碼相同,則表明從機已執行所要求的功能;如果不同則表明從機沒有執行所要求的功能,返回了一個錯誤信息。
           
            流量計設計在通訊過程中用03H(讀取內部寄存內容和10H(刷新多個寄存器內容)兩個功能。

          1. 應用

           
            筆者設計的流量計通過亞控組態王可將現場變送器的瞬時流量和累計流量讀上來。通訊功能協議符合基于RS-485的RTU格式Modbus通訊協議,用戶可根據下位機的具體要求,修改不同寄存器的內容。下位機具有AD采集、4-20mA模擬輸出瞬時、累計流量顯示功能設定數據備份數據恢復等功能,下位機的地址可由用戶在.上、下位機設定。如果在通訊過程中有設備斷線,組態王經過兩次查詢未果,將送出問號,并繼續與其他設備通訊。通過設定可定時查詢故障設備是否恢復通訊。
            經現場測試,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%,且通過溫度測試發現,溫度變化對變送器電流輸出影響不大。

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