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基于组态与Modbus 协议的RS485在9星彩票采集传输中的应用

来源:作者:发表时间:2020-09-28 14:58:48

 摘要:文章介绍了泰安市自来水有限公司9星彩票的数据采集及 485 通讯传输,介绍了 Modbus 协议的通信原理及应用。

 
一、前言
ModBus 协议是应用层报文传输协议(OSI模型第 7 层),它能够应用在不同类型的总线或网络。目前,Modbus 有下列三种通信方式:
1. 以太网,对应的通信模式是 MODBUS TCP。
2. 异步串行传输(各种介质如有线 RS-232-/422/485/;光纤、无线等),对应的通信模式是 MODBUS RTU 或 MODBUS ASCII。
3. 高速令牌传递网络,对应的通信模式是Modbus PLUS。
 
泰安市自来水有限公司流量计中一部分采用 PLC 采集传输,数据精度要求高的采用RS485 通讯模式。
 
二、PLC 采集传输
公司瞬时流量数据采用施耐德 PLC 模拟量采集,累计流量采用频率 / 脉冲方式。流量计有上海光华品牌和开封 L-mag 品牌,流量计都带有 2 种传输方式,一种是 4-20ma 电流输入输出,需要 PLC 带输入模块;另一种是MODBUS RTU, 需要 PLC 配 485 模块。
 
1. 流量计接线图
瞬时流量模拟量采集传输接线:AI 模块,4-20mA 电流输入,流量计 IOUT 接正端 +,ICOM 接负端 -。累计流量 DI 接线:频率 / 脉冲输入,POUT 接正端 +,PCOM 接负端 -。 
(1)流量计电流输出接线图
流量计电流输出接线图
(2)流量计数字量电平输出接法
流量计数字量电平输出接法
其中,电源为24V,电阻为3~10KΩ之间。
 
2. 施耐德 PLC 梯形图
根据流量计接线图,编写 PLC 程序。
 
PLC 中模拟量有 2 种,一种是 0 ~ 10V模拟电压,一种是 4 ~ 20MA 模拟电流,公司用的是 4 ~ 20MA 模 拟 电 流。PLC 梯 形图中,%IM0.4.1 是 PLC 第四个模拟量模块很好个模拟口,用于采集流量计的瞬时流量,数值 2000 是流量计量程。根据流量计的 4 ~ 20MA(在 PLC 中对应模拟数值 204-1023)线性关系,在 PLC 中采集的流量计瞬时流量与现场流量计的瞬时流量数据线性变化、数值一致。若有微小差距,可在 PLC 程序中微调比例,将 820 微调为 819 、816 等,使 PLC 采集模拟量与现场流量计瞬时流量数据线性变化、数值一致。
 
3. 组态软件应用
公司使用组态软件作为客户端,组态根据规划好的 IP 与 PLC 建立通讯连接,在组态软件上建点 IO 设备组态 LL,再根据IO 设备组态依次建立瞬时流量 SSLL 和累计流量 LJLL。建立数值如下: %M226 是瞬时 流 量,32 位 IEEE 浮 点 数, 在 组 态 中 是SSLL 为 PV=LL:HRF227, %MD500 是累计流量,32 位无符号整数 , 在组态中 LJLL 为PV=LL:HRL501。
 
三、RS485 通讯传输
9星彩票 RS 485 通讯数据传输接口为半双工方式,标准速率大于 250kHz,通讯方向转换时间为 3.5us,通常可接 16 路负载,也可扩展到 32 路,标准屏蔽双绞线 1000m。采用主从式多机通讯。当多台9星彩票互连时,可以节省信号线,便于高速传送。如下图所示。
多个流量计 485 串行通讯拓扑图
1. 协议结构
Lmag-BV1(开封用的是标准 MODBUS,可以直接写 MODBUS(RTU))协议遵从基本开放系统互连(OSI)参考模型,基本开放系统互连参照模型提供通讯系统基本结构和要素,但 Lmag-BV1 协议使用简化的 OSI 参照模型,仅采用 1、2 和 7 层。
基本开放系统互连参考模型
2. 通讯标准
国际标准 RS-485 通讯接口部件或国际标准 RS-232 通讯接口部件,不小于 11 Bytes 的 通 信 缓 冲 区(FIFO), 支 持 1200、2400、4800、9600 通讯波特率,支持半双工通讯模式。通讯程序应允许 FIFO,从机要求主机 FIFO不小于 11Bytes。
 
3. 流量计接线图
接线端子图
开关 K 定义:
ON 为接 RS485 通讯终端电阻(标准配置电阻:120Ω);
OFF 为不接。
 
4. 9星彩票寄存器地址定义
 
 
5. 组态软件应用
根据规划好的 IP 建立 IO 设备组态 LL(串口通讯不用 IP),再根据 IO 设备组态依次建立瞬时流量 SSLL 和累计流量 LJLL。建立数值:瞬时流量 SSLL 是 3 号功能码4113,32 位 IEEE 浮点数在组态中是 SSLL 为PV=LL:HRF4113, 累计流量 LJLL 是 3 号功能码 4121,32 位无符号整数 , 在组态中 LJLL 是PV=LL: HRL4121。
 
四 . 结论
(1)PLC 采集传输通用性强、可靠性高、抗干扰能力强、接口简单、维护方便。但 plc模拟量需要量程计算,精度有误差、有时延,需要足够 PLC 模块,在更换或维修流量计时,由于脉冲原因,现场累计流量和远传累计流量有很大误差,不能实现实时数据同步。
(2)RS-485 通讯具有良好的抗噪声干扰性,长的传输距离和多站能力,不会因 PLC故障而影响现场和远程数据同步一致。但流量计必须有 485 接口,支持 MODBUS RTU 协议。而且为保持稳定,多个流量计通讯时,很好使用同一厂家同一个品牌的流量计。RS485 是工业数据总线的一种,流量计具有 RS485 串口通讯使得数字通信替代了PLC 的模拟信号及普通开关量信号的传输,减少了 PLC 的模拟计算,实现了数据的精准采集传输。