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        智能電磁流量計

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        智能電磁流量計結合參數指示儀參與自動化控制的全設計過程

        來源:遼寧機電職業技術學院儀器儀表系作者:鄭曉坤發表時間:2017-08-22 09:57:06

         摘 要:利用計算機上的RS232串行通訊接口與智能電磁流量計上的RS485通訊接口及RS232與RS485轉換模塊,依據智能電磁流量計參數與MODBUS寄存器地址定義關系,主站發送和接收MODBUS協議的數據結構,以及組態王與MODBUS寄存器地址對應格式,實現瞬時流量、流速;流體電導比;流量百分比;正反向累積值整數部分;正反向累積值小數部分;瞬時流量與累積總量單位;各種報警等統一集中顯示。

         
        引 言
                 智能電磁流量計(以下簡稱流量計)采用國外先進技術研制開發的全智能型電磁流量計,其全中文電磁轉換器內核采用高速中央處理器。計算速度快、精度高、測量性能可靠。轉換器電路輸入阻抗高達10 15 Ω,共模抑制比優于100db,對于外來干擾以及60Hz/50Hz干擾抑制能力優于90db,可以測量更低電導率的流體介質流量,其傳感器采用非均勻磁場技術及特殊的磁路結構,磁場穩定可靠,縮小了體積。廣泛應用于工農業生產中。由于智能電磁流量計的各種參數,要通過其上的操作按鍵才能顯示出來,在實際操作中容易出錯。隨著計算機和通訊技術的迅速發展,將智能電磁流量計的各種參數在一個計算機屏幕上顯示出來成為可能。智能電磁流量計參數指示儀(以下簡稱指示儀)不僅解決了這個問題,而且為流量計參與自動控制提供了一種方法。
         
        1 指示儀的硬件原理
        1.1 硬件實現電路原理
                 RS232轉換RS485通信電路原理圖如圖1所示。
        RS232轉換RS485通信電路原理圖
                 它主要包括 RS485 電路、RS232 電平轉換、電源三部分。RS485電路,采用集成電路MAX485CPA,由IC2、R1、R2、R3、R4、IC2、BG1等組成。電平轉換RS232電路采用NIH232CP集成電路,由IC1、C1、C2、C3、C5、C6等組成。電源電路設計成無源方式,由D1、D2、D3、C4、R5等組成。從計算機RS232接口DTR(4腳)和RTS(7腳)獲得RS232轉換RS485通信電路的電源。計算機RS232接口4腳和7腳能夠提供約18mA的電流,可以滿足整個電路的供電需要。
         
                 RS485電路由MAX485CPA集成電路來控制數據的輸入和輸出,通過低電平有效的接收允許端RE(2腳)和高電平有效發送端允許DE(3腳)來完成。當低電平有效的接收允許端RE為低電平時,RS485電路數據輸出有效。在半雙工使用中,通常可以將兩個腳直接相連,然后通過計算機RS232接口輸出的高低電平就可以讓RS485電路在接收和發送狀態之間轉換了。由于RS232的DB9針接口請求發送端RTS端和數據終端準備好DTR端都用于了電路供電,本電路使用RS232接口的發送數據 TXD 端、HIN232 的 R2OUT 通道和三極管 8050 來控制MAX485CPA的狀態切換。當HIN232的9腳輸出高電平,通過BG1倒相后,使MAX485的低電平有效接收允許端RE和高電平有效發送端允許DE為低電平,保證RS485電路處于數據接收狀態。當HIN232的9腳輸出低電平,計算機發送數據,通過BG1倒相后,使MAX485CPA的RE引腳和DE引腳為高電平保證RS485電路處于數據發送狀態。
         
        2 指示儀的軟件原理
        2.1 指示儀組態
                 MODBUS協議是應用于電子控制器上的一種通用語言,通過此協議,控制器相互之間、控制器經由網絡和其它設備之間可以通訊。它已經成為通用工業標準。有了它,不同廠商生產的控制設備可以連成工業網絡,進行集中控制。
         
                 MODBUS通訊協議有ASCII (美國信息交換碼)和RTU(遠程終端設備)兩種模式。與從計算機的通訊能力是等同的。但在一個MODBUS系統中,兩種模式只能使用其中一種。智能電磁流量計具有MODBUS RTU通訊能力。
         
                 RTU消息幀在數據通訊時由主機發起,主機首先發送RTU消息幀,消息幀發送至少要以3.5個字符停頓時間間隔開始。傳輸的很好個字節是設備地址。可以使用的傳輸字符是十六進制的0…9,A…F。所有的從設備不斷偵測網絡總線,包括停頓間隔時間。當很好個地址字節接收到時,每個設備都進行解碼以判斷是否發往自己的。在**后一個傳輸字符之后,至少有一個
         
        3.5個字符停頓時間標志消息的結束。
                 組態王開發監控系統軟件,是新型的工業自動控制系統,它以標準的工業計算機軟、硬件平臺構成集成系統取代傳統的封閉式系統。組態軟件能夠實現對自動化生產過程的監視和控制。它能夠從現場的控制設備中采集各種信息,并將信息以圖形化等更易于理解的方式進行顯示,將重要的信息以各種手段傳送到相關人員,對信息執行必要分析處理和存儲,發出控制指令等等。組態王軟件平臺具有MODBUS RTU 驅動能力。這樣智能電磁流量計里的各種參數就可以通過組態王軟件平臺,在計算機顯示出來。
         
        2.1.1智能電磁流量計MODBUS寄存器地址定義
                 智能電磁流量計MODBUS寄存器地址定義,如表1所示
        智能電磁流量計MODBUS寄存器地址定義
        2.1.2流量計主站發送的MODBUS協議數據幀
                 流量計主站發送的MODBUS協議數據幀,如表2所示。
        智能電磁流量計主站發送MODBUS協議數據幀
        說明:(1)設備地址:流量計的通訊地址,在一個網絡中不能有兩個相同的地址。
                 (2)功能嗎:MODBUS協議規定的的功能嗎,流量計采用功能嗎4讀輸入寄存器來實現數據采集。
                 (3)寄存器地址和寄存器數:主站命令中的參數是從寄存器地址開始寄存,讀寄存器長度的N個寄存器。
                 (4)從站響應數據:從站響應數據是:字節數和N個數字節數據。
         
        2.1.3 智能電磁流量計主站接收的MODBUS協議數據幀
                 智能電磁流量計主站接收的MODBUS協議數據幀,如表3所示。
        智能電磁流量計主站接收MODBUS協議數據幀
        說明:瞬時流量、瞬時流速、流量百分比、流體電導比、正反向累積量小數部分以浮點數的格式傳輸。正反向累積量整數部分以長整型數的格式傳輸。上下限報警、空管報警、系統報警以無符號短整型數的格式傳輸。
        (1)瞬時流量浮點數(十六進制)=C4 1C 60 00=-625.5(十進制);
        (2)瞬時流速浮點數(十六進制)=C1 B0 80 00=-22.0625(十進制);
        (3)累積流量整數部分浮點數(十六進制)=00 00 70 71=28785(十進制);
        (4)累積流量小數部分浮點數(十六進制)=3F 00 00 00=0.5(十進制);
        (5)瞬時流量單位(十六進制)=00 05=5(十進制);
        (6)總流量單位(十六進制)=00 01=1(十進制);
        (7)報警狀態(十六進制)=00 01=1(十進制)。
         
        2.1.4指示儀設備和通訊參數配置
        指示儀設備和通訊參數配置如圖2、圖3所示。
        指示儀通訊參數配置圖
        (1)指示儀設備配置
        指示儀設備配置圖如圖2所示。設備生產廠家:莫迪康生產的MODBUS RTU;設備邏輯名稱:智能電磁流量計;設備地址:3;通信方式:COM。
        (2)指示儀通訊參數配置指示儀通訊參數配置圖如圖3所示。波特率:2400;數據位:8;奇偶效驗:無效驗;停止位:1;通信超時:3000毫秒;通信方式:RS485。
         
        2.1.5組態王的變量與智能電磁流量計寄存器對應關系
        組態王變量與流量計參數對應關系
        3 智能電磁流量計參數顯示界面
                 顯示界面如圖4所示。
        流量計參數顯示界面圖
                 包括智能電磁流量計的實時參數:瞬時流量、瞬時流速、流體電導比、正向累積值整數部分,正向累積值小數部分,反向累積值整數部分,反向累積值小數部分等。報警參數:上限報警、下限報警、空管報警、系統報警等。
         
        4 結束語
                 智能電磁流量計是流量測量的一種手段,而本文所研究的智能電磁流量計參數指示儀,不僅可以方便直觀的在一個計算機顯示屏幕下顯示智能電磁流量計的所有參數,對流量計的整個流量測量過程進行監控,而且為流量計實現工業自動控制系統的數據采集與監控控制,提供了一種有效的手段。
         
                作者:鄭曉坤@智能電磁流量計
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