上海申弘阀门有限公司
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电动阀门RS485总线的监控系统设计 |
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| 详细介绍 | ||||||||||||||||
之前介绍JIS日标不锈钢截止阀标准，现在介绍电动阀门RS485总线的监控系统设计协议转换器" title="协议转换器">协议转换器" title="协议转换器">协议转换器， 设计了PID 调节仪表在线集中监控系统。主要包括： 钢制品生产线上罩式炉设备的温度监测系统， 数据库系统， 以及PID 调节仪表的读写数据系统。 监控系统采用RS485总线结构， 通过U SB 转RS485协议转换器实现上位机与PID 调节仪表的网络通信。RS485总线的特点是实施简单方便， 通过RS- 485可以联网构成分布式系统， 其允许zui多并联32台驱动器和32台接收器， *可以满足生产现场配备多个PID调节仪表的组网需要。图1 监控系统总体结构图1 监控系统总体结构MODBUS是法国MODICON(*康)公司zui先倡导的一种通讯规约，经过大多数公司的实际应用，逐渐被认可，成为一种标准的通讯规约，只要按照这种规约进行数据通讯或传输，不同的系统就可以通讯。目前，在RS232/RS485通讯过程中，更是广泛采用这种规约。 当在Modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。在其它网络上，包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。
2.电动阀门RS485总线的监控系统设计Modbus协议描述 MODBUS协议定义了一个与基础通信层无关的简单协议数据单元（PDU）。特定总线或网络上的MODBUS协议映射能够在应用数据单元（ADU）上引入一些附加域。启动MODBUS事务处理的主机创建MODBUS应用数据单元。功能码向从机指示将执行哪种操作。图1 通用MODBUS帧用一个字节编码MODBUS数据单元的功能码域。有效的码字范围是十进制1-255（128-255为异常响应保留）。当从主机向从机设备发送报文时，功能码域通知从机执行哪种操作。 从主机向从机设备发送的报文数据域包括附加信息，从机使用这个信息执行功能码定义的操作。这个域还包括离散项目和寄存器地址、处理的项目数量以及域中的实际数据字节数。 在某种请求中，数据域可以是不存在的（0长度），在此情况下从机不需要任何附加信息。如果在一个正确接收的MODBUS ADU中，不出现与请求MODBUS功能有关的差错，那么从机至主机的响应数据域包括请求数据。如果出现与请求MODBUS功能有关的差错，那么包括一个异常码，从机应用能够使用这个域确定下一个执行的操作。 例如，客能够读一组离散量输出或输入的开/关状态，或者主机能够读/写一组寄存器的数据内容。 当从机对主机响应时，它使用功能码域来指示正常（无差错）响应或者出现某种差错（称为异常响应）。对于一个正常响应来说，从机仅对原始功能码响应。
3 监控系统硬件设计 3. 1 自整定专家PID调节仪表 上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀自整定专家PID 调节仪表具备100 ~ 240VAC宽范围输入的开关电源， 输入采用数字校正及自校准技术， 测量稳定， 消除温漂和时漂引起的测量误差。仪表全面采用表面贴装工艺， 并采用多重保护和隔离设计， 抗干扰能力强、可靠性好。 仪表采用*专家PID 智能调节算法， 控制稳定， 无超调， 具备高精度的自整定（ AT ）功能。 仪表输出采用模块化硬件结构设计， 可通过更换不同的功能模块实现多种控制方式。PID控制输出可选择4mA ~ 20mA电流、（ 1V ~ 5V电压）、SSR驱动、单相/三相SCR过零触发和单相SCR移相触发等多种方式， 另有两路报警输出功能， 还可选配变送输出， 或标准通讯接口（ RS485或RS232）。 仪表具有多类型输入功能， 一台仪表可以配接不同的输入信号（热电偶/热电阻/线性电压/线性电流/线性电阻）， 大大减少了备表的数量。其适用范围非常广泛， 可与各类传感器、变送器配合使用， 实现对温度、压力、液位、容量、力等物理量的测量和显示，并配合各种执行器对电加热设备和电磁、电动阀门进行PID 调节和控制、报警控制、数据采集和记录。
3. 2 USB转RS485协议转换器 USB 转RS485 协议转换器是一款即插即用型的协议转换器， *兼容U SB （ Universal Seria l Bus）Rev: 2. 0; 支持任何波特率、数据位、停止位、数据收发时间间隔等参数， 是一款自适应的协议转换器。 支持RS- 232 /485界面， 2Mbps以上数据传输速率。 支持自动握手协议； 支持远程唤醒和电源管理； 支持USB总线直接取电， 无需外接电源（ DC 5V） ; 驱动程序分二次确认， *次为芯片驱动， 第二次为I /O 端口驱动， 为同一目录下的驱动程序即可完成。 4 监控系统的软件设计 监控系统的软件系统采用Borland C++ Builder 6设计开发， 通过其功能强大的图形化控制界面， 及SPComm控件在串行口下编程， 采用Modbus协议，通过USB 转RS485协议转换器， 很好地实现了上位机与PID调节仪表的通讯功能， 从而可以方便的通过对上位机监控系统界面的操作， 实现对生产线上各个分区仪表的参数监测与远程操作控制。 该软件系统主要包括三部分： 钢制品生产线上罩式炉设备的温度监测系统， 数据库系统， 以及PID调节仪表的读写数据系统。 4. 1 Modbus通信 控制器通信使用主- 从技术， 即主设备能初始化传输（查询）。从设备根据主设备查询提供的数据作出相应反应。无论主设备查询还是从设备响应， 每个Modbus帧都包括地址域、功能域、数据域、错误检测域。Modbus通信有两种模式： ASC II模式和RTU 模式。相对于ASC II模式， RTU 模式在同样的波特率下， 可比ASCII模式传送更多的数据。 使用RTU模式， 消息发送至少要以3. 5个字符时间的停顿间隔开始。整个消息帧必须作为连续的流传输。如果在帧完成之前有超过1. 5个字符的停顿时间， 接收设备将刷新不完整的消息并假定下一个字节是一个新消息的地址域。同样的， 如果一个新消息在小于3. 5个字符时间内接着前个消息开始， 接收的设备将认为它是前一个消息的延续。这将导致一个错误， 因为在zui后的CRC 域的值不可能是正确的。一个典型的消息帧如表1所示。PID 调节仪表采用Modbus- RTU 模式进行上位机通讯， 协议格式为： 8个数据位、1个停止位、无校验位， 发送接收数据都是以十六进制格式进行。发送数据格式如表2所示。 其中， 参数的通讯地址用一个字节表示时， 对应A2位置， A1默认为00H; 03、04指令均为读命令， 其中04对应读取的数据不可写入， 03与06 指令对应参数地址， 一个读取、一个写入； A1、A2与A3、A4组成两个双字节的数据， CRC 校验码是一个双字节数据， 所有的数据都是高位在前， 低位在后； 03、04指令读取数据时， A 1、A2 为开始读取的地址， A3、A4为连续读取数据的个数； 06指令中， A1、A2需要写入数据的地址， A3、A 4表示要写入的数据。 返回数据格式， 06 指令写入数据时， 发送与返回的数据一致； 03、04指令返回数据格式如表3 所示， 其中返回数据字节数为： N × 2。
温度监测系统采用Borland C ++ Builder 6设计开发， 主要涉及Chart、T imer、SPComm、Ma inM enu等控件的使用。系统程序设计主要包括： 采样程序， 数据保存程序， 备份历史数据程序等。温度监测系统主要流程如图2所示。图2 监测系统主要流程图图2 监测系统主要流程图 4. 3 数据库系统 启动数据库系统程序， 首先选择相应的数据库文件， 将会显示对应的数据库信息， 如图3所示。数据库系统主要包括两种数据检索方式： 方式1, 通过选定检索日期进行检索； 方式2, 设置卷号， 按卷号检索。通过数据库系统， 可以很方便地实现对历史数据的浏览与查询。图3 数据库系统关键字：RS485总线 监控系统 4. 4 PID调节仪表的读写数据系统 PID调节仪表的读写数据系统主要包括三部分功能： 写入仪表前的数据设置功能， 数据写入仪表功能和读取仪表数据功能。 图4为数据写入仪表程序主流程图。其中数据设置功能主要通过两个途径实现： 途径1, 添加系统的配置设置文件“MControlini”， 通过对配置设置文件中温度和时间参数的设置与修改， 实现数据写入仪表前的设置操作； 途径2, 启动读写数据系统程序， 选择相应的数据库文件， 系统程序会自动关联数据库文件中设置的分区仪表总数， 通过对每个分区各个曲线段温度与时间参数的修改与设置， 实现数据写入仪表前的设置操作。其中， 途径2在设置数据时， 可以对输入数据的格式及大小进行判断， 而且重新设置的数据状态变化将会实时对应地显示在界面对应的曲线段中。 图5为读取仪表数据程序主流程图。通过对系统读取的仪表数据与系统配置文件中的参数作对比分析， 判断仪表数据与系统配置文件数据是否一致。 若“是”， 表明系统设置的参数与仪表数据具有很好的一致性， 终止读取程序； 若“否”， 则执行程序的下一步操作：“配置文件数据写入仪表”， 或者“配置文件数据更新为仪表数据”。通过读取仪表数据程序， 系统很好地实现了配置文件数据与仪表数据的一致性。
5 结束语 通过RS485总线构成的分布式系统， 可以满足多个PID调节仪表的组网需求。基于RS485 总线结构， 通过Modbus协议， 采用Borland C + + Bu ilder6设计的监控系统， 很好地实现了对生产线上各个分区仪表的实时监测和远程控制， 为相关企业生产带来了很好的实际效益， 节省了一定的人力资源和生产成本， 具有一定的现实意义。与本文相关的产品有不锈钢波纹管密封安全阀 |
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