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【摘要】本文分析了基于Modbus協(xié)議的電磁流量計(jì)通訊在污水計(jì)量中的應(yīng)用，通過RS-485串口連接，進(jìn)行相關(guān)的流量信息的讀取，從而切實(shí)可靠的保證了數(shù)據(jù)穩(wěn)定性、可靠性和正確率。
0引言
　　隨著中國城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，無論是生活污水量還是工業(yè)污水量都出現(xiàn)了較快增長的態(tài)勢，使得水環(huán)境污染和水環(huán)境質(zhì)量下降的趨勢也在不斷加劇。因此，國家加強(qiáng)了對污水處理的投資，興建和投運(yùn)了大量的污水處理廠，從而改善我們所處的生態(tài)環(huán)境。如何保證污水處理的水質(zhì)、水量達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，這就對計(jì)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(jì)這種計(jì)量比較準(zhǔn)確的儀表逐漸推廣和普及。在傳統(tǒng)的污水處理廠的自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)中，電磁流量計(jì)采用4-20mA（傳送模擬量信息）或24VDC（傳送開關(guān)量信息）信號進(jìn)行通訊傳輸，很多現(xiàn)場層流量計(jì)與控制器之間的連接是一對一（一個(gè)I/O點(diǎn)對設(shè)備的一個(gè)測控點(diǎn)）所謂I/O接線方式。但是這樣的系統(tǒng)存在一些明顯的缺點(diǎn)，那就是信息集成能力不強(qiáng)；系統(tǒng)不開放、可集成性差、專業(yè)性不強(qiáng)；可靠性不易保證；可維護(hù)性不高等。
如果現(xiàn)場層設(shè)備配有串行數(shù)據(jù)接口（如RS-232/485），控制器就可以按接口規(guī)定協(xié)議，通過串行通信方式（而不是I/O方式）完成對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控。[1]如果設(shè)想全部或大部分現(xiàn)場設(shè)備都具有串行通信接口并具有統(tǒng)一的通信協(xié)議，控制器只需一根通信電纜就可將分散的現(xiàn)場設(shè)備連接，完成對所有現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控，這就是所說的采用現(xiàn)場總線技術(shù)。
1Modbus協(xié)議在電磁流量計(jì)通訊中實(shí)現(xiàn)的簡介
　　目前，污水處理廠所用的電磁流量計(jì)大部分都配有串行數(shù)據(jù)接口（如RS-232/485），并且接口支持MODBUS總線協(xié)議。一般電磁流量轉(zhuǎn)換器MODBUS通訊采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS通訊協(xié)議，MODBUS模塊和上位機(jī)進(jìn)行通訊的波特率為600–19200，波特率設(shè)備地址可以通過鍵盤進(jìn)行設(shè)置。通訊由主機(jī)發(fā)起，主機(jī)首先發(fā)送消息幀，消息幀的發(fā)送間隔必須大于3.5個(gè)以上字符的發(fā)送時(shí)間。[2]消息幀發(fā)送的第一個(gè)字節(jié)是設(shè)備地址，從設(shè)備不斷的偵測網(wǎng)絡(luò)總線當(dāng)接收到第一個(gè)字節(jié)，每一個(gè)設(shè)備都進(jìn)行解碼以判斷是否是發(fā)往自己的消息幀；接收到一個(gè)字符之后，如果停頓時(shí)間超過3.5個(gè)以上字符的發(fā)送時(shí)間，標(biāo)志著前一個(gè)消息幀發(fā)送結(jié)束，一個(gè)新的消息幀在此停頓后開始。字符間隔不能大于一個(gè)字符，否則認(rèn)為是一條新的消息幀開始，老的消息幀結(jié)束。
消息幀定義如下：

　　Modbus通訊協(xié)議規(guī)定了2種通訊方式。RTU(REMOTETERMINALUNIT)方式通訊采用8位字節(jié)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)通訊，數(shù)據(jù)校驗(yàn)采用CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)，通訊速度較快；ASCII方式采用7位ASCII碼進(jìn)行通訊，數(shù)據(jù)校驗(yàn)采用LRC邏輯冗余校驗(yàn)，通訊速率較慢。針對MODBUS在電磁流量轉(zhuǎn)換器上的應(yīng)用，在MODBUS的功能碼中，不同公司采用不同的方式實(shí)現(xiàn)，有的公司只用了3個(gè)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(shí)流量、流速、流量百分比、電極電阻、正向累計(jì)、反向累計(jì)、儀表口徑、報(bào)警狀態(tài)等；04號功能碼用來讀取鍵盤參數(shù)，06號功能碼用來設(shè)置鍵盤參數(shù)。
2基于Modbus協(xié)議的電磁流量計(jì)信息讀取
　　在污水處理廠和運(yùn)行泵站中作為污水計(jì)量的儀表，電磁流量計(jì)信息的讀取就顯得異常重要。現(xiàn)場儀表的流量信息，由瞬時(shí)流量、流速、百分比、報(bào)警狀態(tài)等參數(shù)進(jìn)行反映，參數(shù)存放地址如下表：

　　定義如下：讀取流量信息時(shí)，主機(jī)發(fā)出功能編碼03：讀取輸入寄存器值。參數(shù)存放首址對應(yīng)輸入寄存器首址的低字節(jié)。主機(jī)發(fā)送命令格式如下：
　　從機(jī)地址(1Byte)+功能編碼(1Byte)+輸入寄存器首址(2Byte)+輸入寄存器個(gè)數(shù)(2Byte)+CRC校驗(yàn)值(2Byte),從機(jī)地址值范圍在1-99；
　　輸入寄存器高字節(jié)全部是0，低字節(jié)范圍在01~09，對應(yīng)上面表格中參數(shù)存放首址。輸入寄存器個(gè)數(shù)高字節(jié)是0，低字節(jié)是3,從機(jī)回應(yīng)格式如下：
　　從機(jī)地址(1Byte)+功能編碼(1Byte)+讀出的字節(jié)個(gè)數(shù)(1Byte)+字節(jié)內(nèi)容(6Byte)+CRC校驗(yàn)值(2Byte),返回的參數(shù)占6個(gè)字節(jié)，故字節(jié)個(gè)數(shù)是6。
　　注：讀取流量信息時(shí)，對瞬時(shí)流量、流速、百分比、報(bào)警狀態(tài)等參數(shù)，用戶可以分別讀取，即一次只讀取一個(gè)參數(shù)。用戶也可以一次性讀取所有的8個(gè)參數(shù)或一次讀取其中的幾個(gè)參數(shù)。讀出的流量信息有兩種表示方法：整形數(shù)表示法和浮點(diǎn)數(shù)表示法。如沒有特殊聲明，儀表一般采用整形數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。
詳細(xì)信息結(jié)構(gòu)定義如下：
1）瞬時(shí)流量信息定義
主機(jī)發(fā)送：
01H03H00H01H00H03H54H0BH
從機(jī)響應(yīng)：
01H03H06HD0D1D2D3D4D5CRC16低CRC16高
　　如果數(shù)據(jù)以整形數(shù)格式進(jìn)行傳輸，則D0、D1代表瞬時(shí)流量整數(shù)部分的高4位（16進(jìn)制），D2、D3代表瞬時(shí)流量整數(shù)部分的低4位（16進(jìn)制），D4、D5代表瞬時(shí)流量小數(shù)部分值（16進(jìn)制）。
2）流速信息定義
主機(jī)發(fā)送：
01H03H00H04H00H03H44H0AH
從機(jī)響應(yīng)：
01H03H06HD0D1D2D3D4D5CRC16低CRC16高
　　如果數(shù)據(jù)以整形數(shù)格式進(jìn)行傳輸，則D0、D1代表流速整數(shù)部分的高4位（16進(jìn)制），D2、D3代表流速整數(shù)部分的低4位（16進(jìn)制），D4、D5代表流速小數(shù)部分值（16進(jìn)制）。
3）正向總量信息定義
主機(jī)發(fā)送：
01H03H00H0DH00H03H94H08H
從機(jī)響應(yīng)
01H03H06HD0D1D2D3D4D5CRC16低CRC16高
　　如果數(shù)據(jù)以整形數(shù)格式進(jìn)行傳輸，則將D0、D1由16進(jìn)制轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制X0X1X2X3，將D2、D3由16進(jìn)制轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制X4X5X6X7，將D4、D5由16進(jìn)制轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制X8X9X10X11，數(shù)據(jù)由X0X1X2X3X4X5X6X7X8X9組成，小數(shù)點(diǎn)位置和累計(jì)單位由X10X11決定。

舉例說明如下：
如接收到的數(shù)據(jù)是
01H04H06H00H22H16430C84686B
則0022（16進(jìn)制）=34（十進(jìn)制）
則1643（16進(jìn)制）=5699（十進(jìn)制）
則0C84（16進(jìn)制）=3204（十進(jìn)制）
則數(shù)據(jù)可表示為34569932，04是小數(shù)點(diǎn)位數(shù)，查表為0.001m3，故實(shí)際數(shù)據(jù)為34569.932m3。
4）反向總量信息定義
主機(jī)發(fā)送：
01H03H00H10H00H03H04H0EH
從機(jī)響應(yīng)：
01H03H06HD0D1D2D3D4D5CRC16低CRC16高
數(shù)據(jù)表示方法和正向總量一樣。
5）報(bào)警狀態(tài)信息定義
主機(jī)發(fā)送：
01H03H00H16H00H03HE4H0FH
從機(jī)響應(yīng)：
01H03H06HD0D1D2D3D4D5CRC16低CRC16高
　　如果數(shù)據(jù)以整形數(shù)格式進(jìn)行傳輸，則D2、D3代表報(bào)警狀態(tài)整數(shù)值(十六進(jìn)制)，D0、D1、D4、D5保留。
　　報(bào)警狀態(tài)的值范圍不會超過1024，用二進(jìn)制位表示為：Bit9Bit8Bit7Bit6Bit5Bit4BIT3bit2Bit1Bit0，分別定義如下：
位定義：Bitx=0無警狀態(tài)；Bitx=1報(bào)警狀態(tài)；

3基于Modbus協(xié)議的電磁流量計(jì)參數(shù)讀取
基于Modbus協(xié)議的電磁流量計(jì)在進(jìn)行參數(shù)讀取時(shí)，可以先定義


現(xiàn)場儀表的各個(gè)參數(shù)，參數(shù)編號定義如下：
3．1語言選擇
參數(shù)值=0：中文
參數(shù)值=1：英文
3．2流量量程設(shè)置:0～65535。
4電磁流量計(jì)Modbus通訊的安裝與布線
電磁流量計(jì)按照RS-485串口方式進(jìn)行布線和連接，按照下圖方式進(jìn)行連接：

　　工控機(jī)或PC機(jī)通過串口連接到RS232/RS485轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器的+A、+B分別連接到各個(gè)電磁流量計(jì)。
　　如果是分體式電磁流量計(jì)，將RS232/RS485轉(zhuǎn)換器的+A、+B分別和電磁流量計(jì)的A2、B2相連接，如果接線較長，連接的儀表較多，有必要在遠(yuǎn)端加一個(gè)100Ω-200Ω的匹配電阻。
　　如果是一體式電磁流量計(jì)，將RS232/RS485轉(zhuǎn)換器的+A、+B分別和電磁流量計(jì)的TRX+、TRX-相連接，如果接線較長，連接的儀表較多，有必要在遠(yuǎn)端加一個(gè)100Ω-200Ω的匹配電阻。
5電磁流量計(jì)的Modbus通訊測試
　　如果用戶需要和現(xiàn)場儀表進(jìn)行MODBUS通訊，可以安裝測試程序進(jìn)行測試，利用測試應(yīng)用程序MODBUSV1.0及通訊范例源程序（VB）進(jìn)行通訊測試。
　　用戶在應(yīng)用MODNUS之前應(yīng)該仔細(xì)閱讀電磁流量計(jì)MODBUS通訊協(xié)議，這樣上位機(jī)才能正確的讀、寫電磁流量計(jì)的相關(guān)參數(shù)。測試時(shí)，打開測試應(yīng)用程序MODBUSV1.0，如下圖：
如果RS232/RS485轉(zhuǎn)換器輸出是與多臺電磁流量計(jì)相連接，首先應(yīng)該注意的是：
1）必須將每一臺電磁流量計(jì)設(shè)置為不同的地址，地址范圍是01-32。地址如果重復(fù)，通訊很容易出錯(cuò)。

2）記住每一臺電磁流量計(jì)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(jì)的通訊速度應(yīng)該盡量一致，這樣操作方便，也減少了出錯(cuò)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(shè)備地址的列表框中選擇02；此時(shí)在右邊的空白框中就會有數(shù)據(jù)顯示。點(diǎn)擊顯示刷新按扭，會對右邊的數(shù)據(jù)進(jìn)行瞬間清屏。
如果要對02號儀表的鍵盤參數(shù)進(jìn)行讀、寫，可點(diǎn)擊左邊的讀/寫參數(shù)按扭，彈出下圖：
寫參數(shù)時(shí)，可在下拉列表框中選擇，或在文本框中輸入?yún)��?shù)。參數(shù)下面有提示，輸入不能超過范圍。

6結(jié)束語
　　目前中國對于環(huán)境治理的重視程度日益增強(qiáng)，其中污水處理是重中之重。[3]在污水計(jì)量中起到關(guān)鍵作用的流量計(jì)就顯得非常重要，為了保證計(jì)量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、可靠性和精確性，采用串口方式基于Modbus協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的優(yōu)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(tǒng)和信息集成系統(tǒng)中，應(yīng)用的更加廣泛。

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