Modbus協(xié)議在皮帶秤計(jì)量系統(tǒng)中的應(yīng)用

鄒劍峰

摘 要：與傳統(tǒng)的皮帶秤稱(chēng)重儀表電流傳遞積分方式計(jì)量或皮帶秤稱(chēng)重儀表脈沖累積傳遞計(jì)量相比，直接讀取皮帶秤稱(chēng)重儀表中的計(jì)量數(shù)據(jù)可以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。簡(jiǎn)要介紹了直接讀取稱(chēng)重儀表計(jì)量數(shù)據(jù)所使用的協(xié)議和編程方法，建立了皮帶秤稱(chēng)重儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)簡(jiǎn)單、實(shí)用，具有很強(qiáng)的移植性。

關(guān)鍵詞：皮帶秤；稱(chēng)重儀表；Modbus通訊協(xié)議；串口通訊；串口服務(wù)器

中圖分類(lèi)號(hào)：TN98 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）04-0123-03

重鋼股份公司下屬的鐵前各工序，比如物運(yùn)、焦化、燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵都是采用皮帶秤計(jì)量作為各工序成本核算的依據(jù)。為了保證計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)又基于硬件、軟件投資利潤(rùn)率和性能價(jià)格比的考慮，對(duì)各工序皮帶秤計(jì)量建立了一個(gè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)Modbus通訊協(xié)議直接讀取各稱(chēng)重儀表數(shù)據(jù)，完成各種物資重量數(shù)據(jù)采集，生成計(jì)量報(bào)表。通過(guò)該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)各工序原料、產(chǎn)量的準(zhǔn)確計(jì)量，滿(mǎn)足工序成本核算的需要，為優(yōu)化各工序生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，對(duì)各工序皮帶秤要安裝視頻監(jiān)視，為計(jì)量數(shù)據(jù)提供視頻依據(jù)。

1 網(wǎng)絡(luò)配置

鋼鐵生產(chǎn)線鐵前生產(chǎn)工藝包括物流儲(chǔ)運(yùn)、焦化、燒結(jié)、球團(tuán)和煉鐵工序。礦石、原輔料的轉(zhuǎn)運(yùn)和燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、焦炭、焦末等的轉(zhuǎn)運(yùn)都要通過(guò)皮帶秤計(jì)量，核算各工序的生產(chǎn)成本。由于各工序區(qū)域分散，皮帶秤安裝位置分散，要保證工作效率就需要建立一個(gè)計(jì)量數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)采用主從式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊方式，由18臺(tái)皮帶秤稱(chēng)重儀表（比如BW500）和1臺(tái)PC機(jī)構(gòu)成。根據(jù)皮帶秤安裝位置，將網(wǎng)絡(luò)上的18臺(tái)設(shè)備分成了3條RS485總線，每條RS485總線分別接入串口服務(wù)器，串口服務(wù)器的RJ45接口通過(guò)雙絞線與上位機(jī)網(wǎng)卡相連。上位機(jī)編程采用Modbus通訊協(xié)議直接讀取稱(chēng)重儀表中的數(shù)據(jù)，采集后將數(shù)據(jù)送入計(jì)量管理系統(tǒng)。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)視頻通過(guò)數(shù)據(jù)光端機(jī)將視頻信號(hào)傳入視頻編碼器，遠(yuǎn)傳后，通過(guò)解碼器顯示出來(lái)。數(shù)據(jù)采集原理如圖1所示。皮帶秤計(jì)量系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接如圖2所示。

2 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)針對(duì)鋼鐵行業(yè)鐵前工序皮帶秤建立了一套數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，上位機(jī)通過(guò)Modbus RTU 協(xié)議讀取各條RS485總線上的皮帶秤稱(chēng)重儀表中的計(jì)量數(shù)據(jù)，并及時(shí)將讀取的計(jì)量數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)量管理系統(tǒng)，生成計(jì)量報(bào)表，同時(shí)，通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)量數(shù)據(jù)，可以對(duì)皮帶秤的運(yùn)行狀況進(jìn)行有效監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障及時(shí)處理，為計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性提供了保障。該方式與傳統(tǒng)的皮帶秤計(jì)量統(tǒng)計(jì)方式相比，保證了計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)皮帶秤計(jì)量，其中一種方式是通過(guò)稱(chēng)重儀表將重量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)送進(jìn)PLC模板，通過(guò)積分計(jì)算出計(jì)量數(shù)據(jù)；另一種方式是通過(guò)皮帶秤稱(chēng)重儀表脈沖信號(hào)的累積計(jì)量數(shù)據(jù)。由于第一種方式?jīng)]有考慮補(bǔ)償因素，其誤差較大；第二種方式受稱(chēng)重儀表到PLC距離的限制，距離太遠(yuǎn)時(shí)，傳遞的計(jì)量數(shù)據(jù)存在較大的誤差，而該系統(tǒng)通過(guò)直接讀取稱(chēng)重儀表上的計(jì)量數(shù)據(jù)，可以保證計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

鐵前工序皮帶秤安裝位置分散，系統(tǒng)根據(jù)皮帶秤的分布情況，建立了3條RS485總線，分別接入串口服務(wù)器，完成串口在PC機(jī)中的映射，實(shí)現(xiàn)RS485到RS232的轉(zhuǎn)換。實(shí)際讀數(shù)時(shí)，對(duì)3個(gè)串口所掛設(shè)備分別讀數(shù)。在串行通訊中，主要是借助VB開(kāi)發(fā)平臺(tái)下的MSComm，Timer控件來(lái)實(shí)現(xiàn)，計(jì)量畫(huà)面如圖3所示。

3 Modbus通訊協(xié)議對(duì)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

Modbus通訊協(xié)議采用主從工作方式，允許1臺(tái)主機(jī)和多臺(tái)從機(jī)通信。每臺(tái)從機(jī)地址由用戶(hù)設(shè)定，地址范圍為1～255. 通信采用命令/應(yīng)答方式，每一種命令幀對(duì)應(yīng)一個(gè)應(yīng)答幀。命令幀由主機(jī)發(fā)出，所有從機(jī)都將收到報(bào)文，但只有被尋址的從機(jī)才會(huì)響應(yīng)相應(yīng)命令，返回相應(yīng)的應(yīng)答幀。圖4是一個(gè)完整的主從查詢(xún)—回應(yīng)周期。如果報(bào)文中尋址地址為0，則被視為全局廣播，所有從機(jī)都把它當(dāng)一條命令執(zhí)行，不返回應(yīng)答幀。

3.1 Modbus通訊協(xié)議

Modbus通訊協(xié)議有兩種傳送方式，RTU方式和ASCII方式。

ASCII模式：當(dāng)控制器或智能儀表在Modbus網(wǎng)絡(luò)上以ASCII模式通信，在消息中的每八比特字節(jié)將作為2個(gè)ASCII字符被發(fā)送。這種傳送方式的主要優(yōu)點(diǎn)是字符發(fā)送時(shí)間間隔可達(dá)到1 s，而不發(fā)生錯(cuò)誤。

RTU模式：當(dāng)控制器或智能儀表在Modbus網(wǎng)絡(luò)上以RTU模式通信，在消息中的每八比特字節(jié)包含2個(gè)4 bit的十六進(jìn)制字符。這種傳送方式的主要優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)于ASCII模式，RTU模式表達(dá)相同的信息需要較少的位數(shù)，且在相同通訊速率下具有更大的數(shù)據(jù)流量。在通常情況下，一般工業(yè)智能儀表都是采用RTU模式的Modbus規(guī)約。本文所使用的稱(chēng)重儀表BW500、ICS-300 均支持Modbus RTU通訊模式。

3.2 Modbus RTU消息幀格式

使用RTU模式時(shí)，消息發(fā)送至少要以3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓間隔開(kāi)始（如圖5中的T1—T2—T3—T4所示）。傳輸?shù)牡谝粋€(gè)域是設(shè)備地址，可以使用的傳輸字符是十六進(jìn)制的0～9，A～F。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷偵測(cè)網(wǎng)絡(luò)總線，當(dāng)接收到第一個(gè)域（地址域），每個(gè)設(shè)備都將進(jìn)行解碼，以判斷是否是發(fā)給自己的。在最后一個(gè)字符傳輸之后，一個(gè)至少3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓標(biāo)定了消息的結(jié)束，一個(gè)新的消息可在此停頓后開(kāi)始，整個(gè)消息幀必須作為連續(xù)的流傳輸。如果在幀完成之前有超過(guò)3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓時(shí)間，接收設(shè)備將刷新不完整的消息，并假定下一字節(jié)是一個(gè)新消息的地址域。同樣地，如果一個(gè)新消息在小于3.5個(gè)字符時(shí)間內(nèi)接著前一消息開(kāi)始，接收的設(shè)備將認(rèn)為它是前一消息的延續(xù)。這將會(huì)導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤，因?yàn)樵谧詈蟮腃RC 域的值不可能是正確的。典型的RTU模式的消息結(jié)構(gòu)如圖5所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

在該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，共18臺(tái)皮帶秤稱(chēng)重儀表。根據(jù)皮帶秤的分布情況，將18臺(tái)設(shè)備分別掛在了3條RS485總線上，每條RS485總線分別接入串口服務(wù)器。通過(guò)串口映射，軟件中使用了3個(gè)串口COM1，COM2，COM3分別對(duì)3個(gè)串口編寫(xiě)通訊程序讀取數(shù)據(jù)，所選用的傳輸波特率為9 600 bps，在PC機(jī)上每隔1 s更新一次。在實(shí)際通訊過(guò)程中，可根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)具體情況調(diào)整傳輸波特率和輪巡周期。

本文中介紹的通信軟件已被應(yīng)用于皮帶秤計(jì)量系統(tǒng)中，實(shí)踐證明，該系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，上位機(jī)與下位機(jī)的通信穩(wěn)定可靠，軟件使用方便，保證了計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了皮帶秤的遠(yuǎn)程無(wú)人值守計(jì)量，為公司各工序成本核算提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]范逸之，陳立元.Visual Basic與RS—232串行通信控制[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

[2]李喜東，劉濤，劉剛. Modbus—RTU串行通信協(xié)議在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2005，24（7）：37-40.

[3]劉瑞新，李樹(shù)東，萬(wàn)朝陽(yáng).Visual Basic 程序設(shè)計(jì)教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2000.

〔編輯：白潔〕

Abstract： The traditional belt scale weighing instrument is measured current transfer integral belt scale weighing instruments or transfer metering pulse accumulation compared to directly read the belt scale weighing instrument of measurement data can guarantee the accuracy of the data. Outlined protocol and programming method of weighing instruments measured directly read the data used to establish the belt scale weighing instrument data acquisition system， which is simple， practical， and highly portable.

Key words： belt scales； weighing instruments； modbus communication protocol； serial communication； serial serverendprint

摘 要：與傳統(tǒng)的皮帶秤稱(chēng)重儀表電流傳遞積分方式計(jì)量或皮帶秤稱(chēng)重儀表脈沖累積傳遞計(jì)量相比，直接讀取皮帶秤稱(chēng)重儀表中的計(jì)量數(shù)據(jù)可以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。簡(jiǎn)要介紹了直接讀取稱(chēng)重儀表計(jì)量數(shù)據(jù)所使用的協(xié)議和編程方法，建立了皮帶秤稱(chēng)重儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)簡(jiǎn)單、實(shí)用，具有很強(qiáng)的移植性。

關(guān)鍵詞：皮帶秤；稱(chēng)重儀表；Modbus通訊協(xié)議；串口通訊；串口服務(wù)器

中圖分類(lèi)號(hào)：TN98 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）04-0123-03

重鋼股份公司下屬的鐵前各工序，比如物運(yùn)、焦化、燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵都是采用皮帶秤計(jì)量作為各工序成本核算的依據(jù)。為了保證計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)又基于硬件、軟件投資利潤(rùn)率和性能價(jià)格比的考慮，對(duì)各工序皮帶秤計(jì)量建立了一個(gè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)Modbus通訊協(xié)議直接讀取各稱(chēng)重儀表數(shù)據(jù)，完成各種物資重量數(shù)據(jù)采集，生成計(jì)量報(bào)表。通過(guò)該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)各工序原料、產(chǎn)量的準(zhǔn)確計(jì)量，滿(mǎn)足工序成本核算的需要，為優(yōu)化各工序生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，對(duì)各工序皮帶秤要安裝視頻監(jiān)視，為計(jì)量數(shù)據(jù)提供視頻依據(jù)。

1 網(wǎng)絡(luò)配置

鋼鐵生產(chǎn)線鐵前生產(chǎn)工藝包括物流儲(chǔ)運(yùn)、焦化、燒結(jié)、球團(tuán)和煉鐵工序。礦石、原輔料的轉(zhuǎn)運(yùn)和燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、焦炭、焦末等的轉(zhuǎn)運(yùn)都要通過(guò)皮帶秤計(jì)量，核算各工序的生產(chǎn)成本。由于各工序區(qū)域分散，皮帶秤安裝位置分散，要保證工作效率就需要建立一個(gè)計(jì)量數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)采用主從式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊方式，由18臺(tái)皮帶秤稱(chēng)重儀表（比如BW500）和1臺(tái)PC機(jī)構(gòu)成。根據(jù)皮帶秤安裝位置，將網(wǎng)絡(luò)上的18臺(tái)設(shè)備分成了3條RS485總線，每條RS485總線分別接入串口服務(wù)器，串口服務(wù)器的RJ45接口通過(guò)雙絞線與上位機(jī)網(wǎng)卡相連。上位機(jī)編程采用Modbus通訊協(xié)議直接讀取稱(chēng)重儀表中的數(shù)據(jù)，采集后將數(shù)據(jù)送入計(jì)量管理系統(tǒng)。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)視頻通過(guò)數(shù)據(jù)光端機(jī)將視頻信號(hào)傳入視頻編碼器，遠(yuǎn)傳后，通過(guò)解碼器顯示出來(lái)。數(shù)據(jù)采集原理如圖1所示。皮帶秤計(jì)量系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接如圖2所示。

2 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)針對(duì)鋼鐵行業(yè)鐵前工序皮帶秤建立了一套數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，上位機(jī)通過(guò)Modbus RTU 協(xié)議讀取各條RS485總線上的皮帶秤稱(chēng)重儀表中的計(jì)量數(shù)據(jù)，并及時(shí)將讀取的計(jì)量數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)量管理系統(tǒng)，生成計(jì)量報(bào)表，同時(shí)，通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)量數(shù)據(jù)，可以對(duì)皮帶秤的運(yùn)行狀況進(jìn)行有效監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障及時(shí)處理，為計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性提供了保障。該方式與傳統(tǒng)的皮帶秤計(jì)量統(tǒng)計(jì)方式相比，保證了計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)皮帶秤計(jì)量，其中一種方式是通過(guò)稱(chēng)重儀表將重量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)送進(jìn)PLC模板，通過(guò)積分計(jì)算出計(jì)量數(shù)據(jù)；另一種方式是通過(guò)皮帶秤稱(chēng)重儀表脈沖信號(hào)的累積計(jì)量數(shù)據(jù)。由于第一種方式?jīng)]有考慮補(bǔ)償因素，其誤差較大；第二種方式受稱(chēng)重儀表到PLC距離的限制，距離太遠(yuǎn)時(shí)，傳遞的計(jì)量數(shù)據(jù)存在較大的誤差，而該系統(tǒng)通過(guò)直接讀取稱(chēng)重儀表上的計(jì)量數(shù)據(jù)，可以保證計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

鐵前工序皮帶秤安裝位置分散，系統(tǒng)根據(jù)皮帶秤的分布情況，建立了3條RS485總線，分別接入串口服務(wù)器，完成串口在PC機(jī)中的映射，實(shí)現(xiàn)RS485到RS232的轉(zhuǎn)換。實(shí)際讀數(shù)時(shí)，對(duì)3個(gè)串口所掛設(shè)備分別讀數(shù)。在串行通訊中，主要是借助VB開(kāi)發(fā)平臺(tái)下的MSComm，Timer控件來(lái)實(shí)現(xiàn)，計(jì)量畫(huà)面如圖3所示。

3 Modbus通訊協(xié)議對(duì)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

Modbus通訊協(xié)議采用主從工作方式，允許1臺(tái)主機(jī)和多臺(tái)從機(jī)通信。每臺(tái)從機(jī)地址由用戶(hù)設(shè)定，地址范圍為1～255. 通信采用命令/應(yīng)答方式，每一種命令幀對(duì)應(yīng)一個(gè)應(yīng)答幀。命令幀由主機(jī)發(fā)出，所有從機(jī)都將收到報(bào)文，但只有被尋址的從機(jī)才會(huì)響應(yīng)相應(yīng)命令，返回相應(yīng)的應(yīng)答幀。圖4是一個(gè)完整的主從查詢(xún)—回應(yīng)周期。如果報(bào)文中尋址地址為0，則被視為全局廣播，所有從機(jī)都把它當(dāng)一條命令執(zhí)行，不返回應(yīng)答幀。

3.1 Modbus通訊協(xié)議

Modbus通訊協(xié)議有兩種傳送方式，RTU方式和ASCII方式。

ASCII模式：當(dāng)控制器或智能儀表在Modbus網(wǎng)絡(luò)上以ASCII模式通信，在消息中的每八比特字節(jié)將作為2個(gè)ASCII字符被發(fā)送。這種傳送方式的主要優(yōu)點(diǎn)是字符發(fā)送時(shí)間間隔可達(dá)到1 s，而不發(fā)生錯(cuò)誤。

RTU模式：當(dāng)控制器或智能儀表在Modbus網(wǎng)絡(luò)上以RTU模式通信，在消息中的每八比特字節(jié)包含2個(gè)4 bit的十六進(jìn)制字符。這種傳送方式的主要優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)于ASCII模式，RTU模式表達(dá)相同的信息需要較少的位數(shù)，且在相同通訊速率下具有更大的數(shù)據(jù)流量。在通常情況下，一般工業(yè)智能儀表都是采用RTU模式的Modbus規(guī)約。本文所使用的稱(chēng)重儀表BW500、ICS-300 均支持Modbus RTU通訊模式。

3.2 Modbus RTU消息幀格式

使用RTU模式時(shí)，消息發(fā)送至少要以3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓間隔開(kāi)始（如圖5中的T1—T2—T3—T4所示）。傳輸?shù)牡谝粋€(gè)域是設(shè)備地址，可以使用的傳輸字符是十六進(jìn)制的0～9，A～F。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷偵測(cè)網(wǎng)絡(luò)總線，當(dāng)接收到第一個(gè)域（地址域），每個(gè)設(shè)備都將進(jìn)行解碼，以判斷是否是發(fā)給自己的。在最后一個(gè)字符傳輸之后，一個(gè)至少3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓標(biāo)定了消息的結(jié)束，一個(gè)新的消息可在此停頓后開(kāi)始，整個(gè)消息幀必須作為連續(xù)的流傳輸。如果在幀完成之前有超過(guò)3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓時(shí)間，接收設(shè)備將刷新不完整的消息，并假定下一字節(jié)是一個(gè)新消息的地址域。同樣地，如果一個(gè)新消息在小于3.5個(gè)字符時(shí)間內(nèi)接著前一消息開(kāi)始，接收的設(shè)備將認(rèn)為它是前一消息的延續(xù)。這將會(huì)導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤，因?yàn)樵谧詈蟮腃RC 域的值不可能是正確的。典型的RTU模式的消息結(jié)構(gòu)如圖5所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

在該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，共18臺(tái)皮帶秤稱(chēng)重儀表。根據(jù)皮帶秤的分布情況，將18臺(tái)設(shè)備分別掛在了3條RS485總線上，每條RS485總線分別接入串口服務(wù)器。通過(guò)串口映射，軟件中使用了3個(gè)串口COM1，COM2，COM3分別對(duì)3個(gè)串口編寫(xiě)通訊程序讀取數(shù)據(jù)，所選用的傳輸波特率為9 600 bps，在PC機(jī)上每隔1 s更新一次。在實(shí)際通訊過(guò)程中，可根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)具體情況調(diào)整傳輸波特率和輪巡周期。

本文中介紹的通信軟件已被應(yīng)用于皮帶秤計(jì)量系統(tǒng)中，實(shí)踐證明，該系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，上位機(jī)與下位機(jī)的通信穩(wěn)定可靠，軟件使用方便，保證了計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了皮帶秤的遠(yuǎn)程無(wú)人值守計(jì)量，為公司各工序成本核算提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]范逸之，陳立元.Visual Basic與RS—232串行通信控制[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

[2]李喜東，劉濤，劉剛. Modbus—RTU串行通信協(xié)議在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2005，24（7）：37-40.

[3]劉瑞新，李樹(shù)東，萬(wàn)朝陽(yáng).Visual Basic 程序設(shè)計(jì)教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2000.

〔編輯：白潔〕

Abstract： The traditional belt scale weighing instrument is measured current transfer integral belt scale weighing instruments or transfer metering pulse accumulation compared to directly read the belt scale weighing instrument of measurement data can guarantee the accuracy of the data. Outlined protocol and programming method of weighing instruments measured directly read the data used to establish the belt scale weighing instrument data acquisition system， which is simple， practical， and highly portable.

Key words： belt scales； weighing instruments； modbus communication protocol； serial communication； serial serverendprint

摘 要：與傳統(tǒng)的皮帶秤稱(chēng)重儀表電流傳遞積分方式計(jì)量或皮帶秤稱(chēng)重儀表脈沖累積傳遞計(jì)量相比，直接讀取皮帶秤稱(chēng)重儀表中的計(jì)量數(shù)據(jù)可以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。簡(jiǎn)要介紹了直接讀取稱(chēng)重儀表計(jì)量數(shù)據(jù)所使用的協(xié)議和編程方法，建立了皮帶秤稱(chēng)重儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)簡(jiǎn)單、實(shí)用，具有很強(qiáng)的移植性。

關(guān)鍵詞：皮帶秤；稱(chēng)重儀表；Modbus通訊協(xié)議；串口通訊；串口服務(wù)器

中圖分類(lèi)號(hào)：TN98 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）04-0123-03

重鋼股份公司下屬的鐵前各工序，比如物運(yùn)、焦化、燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵都是采用皮帶秤計(jì)量作為各工序成本核算的依據(jù)。為了保證計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)又基于硬件、軟件投資利潤(rùn)率和性能價(jià)格比的考慮，對(duì)各工序皮帶秤計(jì)量建立了一個(gè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)Modbus通訊協(xié)議直接讀取各稱(chēng)重儀表數(shù)據(jù)，完成各種物資重量數(shù)據(jù)采集，生成計(jì)量報(bào)表。通過(guò)該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)各工序原料、產(chǎn)量的準(zhǔn)確計(jì)量，滿(mǎn)足工序成本核算的需要，為優(yōu)化各工序生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，對(duì)各工序皮帶秤要安裝視頻監(jiān)視，為計(jì)量數(shù)據(jù)提供視頻依據(jù)。

1 網(wǎng)絡(luò)配置

鋼鐵生產(chǎn)線鐵前生產(chǎn)工藝包括物流儲(chǔ)運(yùn)、焦化、燒結(jié)、球團(tuán)和煉鐵工序。礦石、原輔料的轉(zhuǎn)運(yùn)和燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、焦炭、焦末等的轉(zhuǎn)運(yùn)都要通過(guò)皮帶秤計(jì)量，核算各工序的生產(chǎn)成本。由于各工序區(qū)域分散，皮帶秤安裝位置分散，要保證工作效率就需要建立一個(gè)計(jì)量數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)采用主從式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊方式，由18臺(tái)皮帶秤稱(chēng)重儀表（比如BW500）和1臺(tái)PC機(jī)構(gòu)成。根據(jù)皮帶秤安裝位置，將網(wǎng)絡(luò)上的18臺(tái)設(shè)備分成了3條RS485總線，每條RS485總線分別接入串口服務(wù)器，串口服務(wù)器的RJ45接口通過(guò)雙絞線與上位機(jī)網(wǎng)卡相連。上位機(jī)編程采用Modbus通訊協(xié)議直接讀取稱(chēng)重儀表中的數(shù)據(jù)，采集后將數(shù)據(jù)送入計(jì)量管理系統(tǒng)。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)視頻通過(guò)數(shù)據(jù)光端機(jī)將視頻信號(hào)傳入視頻編碼器，遠(yuǎn)傳后，通過(guò)解碼器顯示出來(lái)。數(shù)據(jù)采集原理如圖1所示。皮帶秤計(jì)量系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接如圖2所示。

2 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)針對(duì)鋼鐵行業(yè)鐵前工序皮帶秤建立了一套數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，上位機(jī)通過(guò)Modbus RTU 協(xié)議讀取各條RS485總線上的皮帶秤稱(chēng)重儀表中的計(jì)量數(shù)據(jù)，并及時(shí)將讀取的計(jì)量數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)量管理系統(tǒng)，生成計(jì)量報(bào)表，同時(shí)，通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)量數(shù)據(jù)，可以對(duì)皮帶秤的運(yùn)行狀況進(jìn)行有效監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障及時(shí)處理，為計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性提供了保障。該方式與傳統(tǒng)的皮帶秤計(jì)量統(tǒng)計(jì)方式相比，保證了計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)皮帶秤計(jì)量，其中一種方式是通過(guò)稱(chēng)重儀表將重量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)送進(jìn)PLC模板，通過(guò)積分計(jì)算出計(jì)量數(shù)據(jù)；另一種方式是通過(guò)皮帶秤稱(chēng)重儀表脈沖信號(hào)的累積計(jì)量數(shù)據(jù)。由于第一種方式?jīng)]有考慮補(bǔ)償因素，其誤差較大；第二種方式受稱(chēng)重儀表到PLC距離的限制，距離太遠(yuǎn)時(shí)，傳遞的計(jì)量數(shù)據(jù)存在較大的誤差，而該系統(tǒng)通過(guò)直接讀取稱(chēng)重儀表上的計(jì)量數(shù)據(jù)，可以保證計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

鐵前工序皮帶秤安裝位置分散，系統(tǒng)根據(jù)皮帶秤的分布情況，建立了3條RS485總線，分別接入串口服務(wù)器，完成串口在PC機(jī)中的映射，實(shí)現(xiàn)RS485到RS232的轉(zhuǎn)換。實(shí)際讀數(shù)時(shí)，對(duì)3個(gè)串口所掛設(shè)備分別讀數(shù)。在串行通訊中，主要是借助VB開(kāi)發(fā)平臺(tái)下的MSComm，Timer控件來(lái)實(shí)現(xiàn)，計(jì)量畫(huà)面如圖3所示。

3 Modbus通訊協(xié)議對(duì)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

Modbus通訊協(xié)議采用主從工作方式，允許1臺(tái)主機(jī)和多臺(tái)從機(jī)通信。每臺(tái)從機(jī)地址由用戶(hù)設(shè)定，地址范圍為1～255. 通信采用命令/應(yīng)答方式，每一種命令幀對(duì)應(yīng)一個(gè)應(yīng)答幀。命令幀由主機(jī)發(fā)出，所有從機(jī)都將收到報(bào)文，但只有被尋址的從機(jī)才會(huì)響應(yīng)相應(yīng)命令，返回相應(yīng)的應(yīng)答幀。圖4是一個(gè)完整的主從查詢(xún)—回應(yīng)周期。如果報(bào)文中尋址地址為0，則被視為全局廣播，所有從機(jī)都把它當(dāng)一條命令執(zhí)行，不返回應(yīng)答幀。

3.1 Modbus通訊協(xié)議

Modbus通訊協(xié)議有兩種傳送方式，RTU方式和ASCII方式。

ASCII模式：當(dāng)控制器或智能儀表在Modbus網(wǎng)絡(luò)上以ASCII模式通信，在消息中的每八比特字節(jié)將作為2個(gè)ASCII字符被發(fā)送。這種傳送方式的主要優(yōu)點(diǎn)是字符發(fā)送時(shí)間間隔可達(dá)到1 s，而不發(fā)生錯(cuò)誤。

RTU模式：當(dāng)控制器或智能儀表在Modbus網(wǎng)絡(luò)上以RTU模式通信，在消息中的每八比特字節(jié)包含2個(gè)4 bit的十六進(jìn)制字符。這種傳送方式的主要優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)于ASCII模式，RTU模式表達(dá)相同的信息需要較少的位數(shù)，且在相同通訊速率下具有更大的數(shù)據(jù)流量。在通常情況下，一般工業(yè)智能儀表都是采用RTU模式的Modbus規(guī)約。本文所使用的稱(chēng)重儀表BW500、ICS-300 均支持Modbus RTU通訊模式。

3.2 Modbus RTU消息幀格式

使用RTU模式時(shí)，消息發(fā)送至少要以3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓間隔開(kāi)始（如圖5中的T1—T2—T3—T4所示）。傳輸?shù)牡谝粋€(gè)域是設(shè)備地址，可以使用的傳輸字符是十六進(jìn)制的0～9，A～F。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷偵測(cè)網(wǎng)絡(luò)總線，當(dāng)接收到第一個(gè)域（地址域），每個(gè)設(shè)備都將進(jìn)行解碼，以判斷是否是發(fā)給自己的。在最后一個(gè)字符傳輸之后，一個(gè)至少3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓標(biāo)定了消息的結(jié)束，一個(gè)新的消息可在此停頓后開(kāi)始，整個(gè)消息幀必須作為連續(xù)的流傳輸。如果在幀完成之前有超過(guò)3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓時(shí)間，接收設(shè)備將刷新不完整的消息，并假定下一字節(jié)是一個(gè)新消息的地址域。同樣地，如果一個(gè)新消息在小于3.5個(gè)字符時(shí)間內(nèi)接著前一消息開(kāi)始，接收的設(shè)備將認(rèn)為它是前一消息的延續(xù)。這將會(huì)導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤，因?yàn)樵谧詈蟮腃RC 域的值不可能是正確的。典型的RTU模式的消息結(jié)構(gòu)如圖5所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

在該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，共18臺(tái)皮帶秤稱(chēng)重儀表。根據(jù)皮帶秤的分布情況，將18臺(tái)設(shè)備分別掛在了3條RS485總線上，每條RS485總線分別接入串口服務(wù)器。通過(guò)串口映射，軟件中使用了3個(gè)串口COM1，COM2，COM3分別對(duì)3個(gè)串口編寫(xiě)通訊程序讀取數(shù)據(jù)，所選用的傳輸波特率為9 600 bps，在PC機(jī)上每隔1 s更新一次。在實(shí)際通訊過(guò)程中，可根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)具體情況調(diào)整傳輸波特率和輪巡周期。

本文中介紹的通信軟件已被應(yīng)用于皮帶秤計(jì)量系統(tǒng)中，實(shí)踐證明，該系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，上位機(jī)與下位機(jī)的通信穩(wěn)定可靠，軟件使用方便，保證了計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了皮帶秤的遠(yuǎn)程無(wú)人值守計(jì)量，為公司各工序成本核算提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]范逸之，陳立元.Visual Basic與RS—232串行通信控制[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

[2]李喜東，劉濤，劉剛. Modbus—RTU串行通信協(xié)議在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2005，24（7）：37-40.

[3]劉瑞新，李樹(shù)東，萬(wàn)朝陽(yáng).Visual Basic 程序設(shè)計(jì)教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2000.

〔編輯：白潔〕

Abstract： The traditional belt scale weighing instrument is measured current transfer integral belt scale weighing instruments or transfer metering pulse accumulation compared to directly read the belt scale weighing instrument of measurement data can guarantee the accuracy of the data. Outlined protocol and programming method of weighing instruments measured directly read the data used to establish the belt scale weighing instrument data acquisition system， which is simple， practical， and highly portable.

Key words： belt scales； weighing instruments； modbus communication protocol； serial communication； serial serverendprint