虹潤(rùn)NHR系列智能顯示控制儀表RS-485通信中應(yīng)用

一、摘要
    NHR系列智能顯示控制儀表是經(jīng)過(guò)多年開發(fā)制造經(jīng)驗(yàn)而設(shè)計(jì)生產(chǎn)，集諸多全新功能于一身的新一代智能顯示控制儀表。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度、壓力、液位、速度、流量等各種信號(hào)進(jìn)行采集、顯示、控制、遠(yuǎn)傳、通訊、打印等處理，構(gòu)成數(shù)字采集系統(tǒng)及控制系統(tǒng)，廣泛運(yùn)用于電力、石化、冶金、輕工、制藥、航空等諸多領(lǐng)域。產(chǎn)品的EMC設(shè)計(jì)符合GB/T17626.2-11相關(guān)規(guī)定，同時(shí)產(chǎn)品取得了CE認(rèn)證。
二、產(chǎn)品的市場(chǎng)背景
       在自動(dòng)化控制領(lǐng)域，隨著分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)上的分布式控制系統(tǒng)中，經(jīng)常需要采用串行通訊來(lái)達(dá)到遠(yuǎn)程信息交換的目的。目前，用于串行通訊的接口標(biāo)準(zhǔn)包括:rs-232、rs-422、rs-423和rs-485。rs-232是最早的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用在短間隔、較低波特率串行通訊中。其后發(fā)展起來(lái)的rs-422、rs-485是平衡傳送的電氣標(biāo)準(zhǔn)，比起rs-232非平衡的傳送方式在電氣指標(biāo)上有了大幅度的進(jìn)步。rs-485串行接口的電氣標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上是rs-422的變型，它屬于七層osi(open system interconnection，開放系統(tǒng)互連)模型物理層的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。由于性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、組網(wǎng)輕易，rs-485總線標(biāo)準(zhǔn)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。下面是關(guān)于虹潤(rùn)NHR 系列智能顯示控制儀表在RS-485通信中的應(yīng)用。
三、產(chǎn)品的技術(shù)原理
       1、系統(tǒng)技術(shù)方案
　   工業(yè)場(chǎng)合中,經(jīng)常要用一些儀表去控制如溫度、液位、流量等。在某些場(chǎng)合,需要1臺(tái)控制器靈活地控制多臺(tái)儀表,以達(dá)到設(shè)計(jì)控制目的。
       本文利用標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS RTU通訊協(xié)議與 RS-485通信指令,方便的實(shí)現(xiàn)與多臺(tái)虹潤(rùn)NHR系列儀表的串行通信.成功的實(shí)現(xiàn)了用單臺(tái)控制器對(duì)多臺(tái)儀表的靈活控制?？删幊炭刂破髟试S在一個(gè)RS-485通信接口上連接多達(dá)100臺(tái)虹潤(rùn)儀表,儀表大于60臺(tái)時(shí),需加一個(gè)RS-485中繼器，RS-485通信口通信距離長(zhǎng)達(dá)1KM以上。
     2、RS-485總線的硬件設(shè)計(jì)
      考慮到此控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)較多，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)超過(guò)100個(gè)節(jié)點(diǎn)，為保證通訊的可靠性和通訊效率按照儀表在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的不同功能、數(shù)據(jù)流量、實(shí)時(shí)性要求把各儀表分布到兩條總線上，而且所選器件中的rs-485芯片驅(qū)動(dòng)能力均達(dá)到255點(diǎn)，通訊速率選9.6Kbps，離主站最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)不超過(guò)50m。
      3、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
      為了能使具體的命令、數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上正確地傳輸，在數(shù)據(jù)鏈路層必須提供一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，保證在物理層的比特流出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)進(jìn)行檢測(cè)和校正，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀和命令幀的功能。然而，為保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，對(duì)每個(gè)字節(jié)進(jìn)行校驗(yàn)的同時(shí)，應(yīng)盡量減少特征字和校驗(yàn)字，而常用的數(shù)據(jù)包格式由引導(dǎo)碼、長(zhǎng)度碼、地址碼、命令碼、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)碼、尾碼組成，每個(gè)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度達(dá)20～30字節(jié)，在rs-485系統(tǒng)中這顯得又有些繁雜。由于modbus協(xié)議是公然的通訊協(xié)議，而且被很多的工控產(chǎn)品生產(chǎn)廠家支持，該協(xié)議已廣泛應(yīng)用于水利、水文、電力等行業(yè)設(shè)備及系統(tǒng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，因此，本系統(tǒng)采用modbus協(xié)議作為此控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
　　在此控制中由于對(duì)plc和變頻器的通訊數(shù)據(jù)量小而且實(shí)時(shí)性要求不高，因此采用modbus ascii方式，而對(duì)單片機(jī)的數(shù)據(jù)通訊量較大且實(shí)時(shí)性要求高,因此采用modbus rtu方式。
四、產(chǎn)品的應(yīng)用
      考慮到100臺(tái)儀表在RS485總線上的實(shí)時(shí)性、有效性、正確性，現(xiàn)將100臺(tái)虹潤(rùn)NHR系列智能控制儀表通訊組網(wǎng)分為兩條總線，分別由PLC的串口擴(kuò)展口分別定義為A1、B1和A2、B2 ；下面是虹潤(rùn)NHR系列智能控制儀表與PLC主機(jī)連接圖，見圖1、圖2：
                  
                        
        1、 虹潤(rùn)NHR系列智能顯示控制儀表通信參數(shù)配置
       (1)、通信方式為RS-485, (1個(gè)起始位,1個(gè)或2個(gè)停止位,8位數(shù)據(jù),無(wú)奇偶校驗(yàn))
       (2)、通信傳輸數(shù)據(jù)的波特率(1.2K 2.4K 4.8K 9.6K 19.2K )可在儀表叁數(shù)baud中設(shè)定
       (3)、通信協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)Modbus Rtu 模式
       這里重點(diǎn)突出可編程控制器與虹潤(rùn)NHR儀表RS-485接口部分。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),RS-485通信是應(yīng)用較多的一種通信方式,圖中可編程控制器通過(guò)RS-485通信接口與多個(gè)NHR儀表相連接,最多可達(dá)到100臺(tái),每臺(tái)儀表被賦予各自的地址碼,用以識(shí)別身份,( 地址碼可在儀表叁數(shù)Addr中設(shè)定)，子單元和主單元采用地址輪詢方式。這樣可編程控制器的RS-485通信口便能通過(guò)RS485總線對(duì)掛在下面的所有儀表進(jìn)行控制操作。
       2、 虹潤(rùn)NHR系列智能數(shù)字顯示控制儀通信數(shù)據(jù)流解析
       本通信協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)ModBus協(xié)議，采用RTU（十六進(jìn)制數(shù)）傳輸模式。ModBus協(xié)議是一種主---從式協(xié)議。任何時(shí)刻只有一個(gè)設(shè)備能夠在線路上進(jìn)行發(fā)送。由主站管理信息交換，且只有主站能發(fā)起。主站會(huì)依次對(duì)從站進(jìn)行輪流查詢。只有當(dāng)從站地址與輪詢地址相匹配，從站才能回復(fù)消息。從站之間不能進(jìn)行直接通信。協(xié)議楨中不包含任何消息報(bào)頭及消息結(jié)束符，消息的開始和結(jié)束依靠間隔時(shí)間來(lái)識(shí)別，當(dāng)間隔時(shí)間長(zhǎng)于或等于3.5個(gè)字符時(shí)，即作為檢測(cè)到楨結(jié)束。如果網(wǎng)絡(luò)內(nèi)沒有與查詢地址相一致的從站或從站接收時(shí)CRC校驗(yàn)出錯(cuò)，主站將不會(huì)接收到返回楨，這時(shí)主站根據(jù)超時(shí)設(shè)定判斷是否超時(shí)，如超時(shí)，作出重發(fā)或彈出異常錯(cuò)誤窗口動(dòng)作。
       協(xié)議楨定義如下：

      從站地址：地址必須在1---247之間。

     在同個(gè)主站網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)從站地址必須唯一。

     0為廣播地址，從站接收消息并作相應(yīng)處理，但不能回復(fù)消息。

    功能代碼：包含讀、寫寄存器。

    數(shù)據(jù)：    以二進(jìn)制代碼傳輸。

CRC16：  循環(huán)冗余校驗(yàn)，校驗(yàn)從從站地址到數(shù)據(jù)區(qū)最后一個(gè)字節(jié)，計(jì)算多項(xiàng)式碼為A001(hex)。

（1）、通訊口設(shè)置

    通訊方式   異步串行通訊接口，如RS-485，RS-232等

波特率     2400～9600bps（可由設(shè)定儀表二級(jí)參數(shù)自由更改，設(shè)定儀表二級(jí)參數(shù)BT，默認(rèn)4800）

   （2）、字節(jié)數(shù)據(jù)格式 HEX

     一位起始位、八位數(shù)據(jù)位、一位停止位、無(wú)校驗(yàn)

                               起始位                                       數(shù)據(jù)位（從低到高）                                                              停止位

       （3）、消息楨格式  （讀、寫功能是從主站角度定義的）

        讀寄存器楨

       讀寄存器返回楨

      寫寄存器楨

       寫寄存器返回楨

       錯(cuò)誤返回楨

       功能代碼表：1

       錯(cuò)誤代碼表：2

    3 、產(chǎn)品圖片

五、結(jié)論

 本文利用標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS協(xié)議和虹潤(rùn)NHR系列智能顯示控制儀表進(jìn)行RS-485通信,實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)控制器控制多臺(tái)NHR儀表的任務(wù),并能實(shí)時(shí)檢測(cè)各儀表的運(yùn)行狀態(tài),整個(gè)系統(tǒng)控制靈活方便, 方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,開發(fā)成本低,周期短,既使在惡劣的工業(yè)環(huán)境下也能穩(wěn)定工作。