基于Modbus协议的外输计量监控系统的设计与实现

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石油化工

自

动化， 20,3: 4 07 5

AUTOM A TI ON N I PETRo— EM I CH CAL I NDUS TRY

基于 Mo b s议的外输计量 du协监控系统的设计与实现周巍巍，雷燕城，张英杰(.中海油基地集团采油服务公司，津 1天 3 0 5;.中海油天津分公司，津 0422天 305) 0 4 2

摘要：原油的外输计量系统没有配套的上位机系统，操作存在一定的缺陷。针对这种情况，其在详细介绍了 Mo b s d u协议和 C RC校验的基础上，出了基于 Vi a ai境下与流量计算机通信的系统设计方案，该设计中实现了基于 Mo b s提 s l s u B c环在 d u协议的串口通信以及 C C校验。实际验证，系统能够有效地解决原有问题。 R该

关键词：外输流量计； d u协议； R Mob s C C校验；串口通信中图分类号：T 3 3 0 P 9.3文献标志码： B文章编号： 0 7 72 (0 70— 0 4 0 1 0— 34 2 0 )3 0 5— 3

Th sg n plc i n o heSu r ii g Sy tm o po tng M e s rn e De i n a d Ap iato ft pe v sn s e f rEx r i a u igBa e n M od u o o o s do b s Pr t c l

Zh u W ewe,Le Ya c e g,Z a g Yi gi o i i i nh n hn nj e ( _0PS o 1 C fCN00C Oi Ba eGr u l s o p,Tini,3 0 5 a jn 0 4 2;

2 NOO ini rn h .C C T aj B a c,Ti j,3 0 5,C ia n a i 0 4 2 hn ) nnAb t a t sr c:Theorg na x r i g me s i g s s e i a k o o r s on ng up r c i i le po tn a urn y t m s lc f c r e p di pe ompu e y t m nd t rs s e a t r x s c r an h t o i s n h o r ton Afe e p ta i g h M o bus he e e i t e t i s or c m ng i t e pe a i . t r x a itn t e d

pr oc a d ot ol n CRC

c e k,t e s s e d sg f c mm u ia i g wih t e fo c mp t r a e n VB i r s n e hc h y t m e i n o o n c t t h l w o u e s b s d o s p e e t d,wh r n eet e s ra o mun c to nd CRC h c s d o o bus p o oc li e lz d h e i lc m iain a c e k ba e n M d r t o sr a ie .Pr e xp rme t ov d by e e i n s, t i e i o d s v h e pr blms e f c i e y h s d sgn c ul ol e t os o e fe tv l . Ke wo d y r s:e po tng fo me e;M o x r i l w t r dbu r t a;CRC he k;s ra o mun c to s p o oc l c c e i lc m ia i n

绥中 3—1油处理厂隶属中海油天津分公 6原司，担负着约 5Mta原油的处理和外输工作，均 /平每两天多就要进行一次外输作业。其一期厂区的外输计量系统主要由以下部分组成：量间现场 4计 台 B o k外输流量计、量管汇上的压力变送器、 ro s计 温度变送器及计量间值班室的 2台外输流量计算

面板按钮的过程中，误操作的可能性，且因此有并

可能造成流量计算机组态程序的破坏，至今曾经出现过两次组态程序被破坏的情况，外输工作造成对了一定程度的影响。因此，常有必要对现有的外非

输计量系统进行上位机监控系统的开发，一步确进保安全生产和提高劳动效率。 该外输计量系统采用的是美国 Omn流量计 i算机公司的产品 O i0 0系列，接口采用 mn6 0其 Mo b s议，此笔者考虑利用 VB编程实现 du协因Mo b s d u通信。1 Mo b s议¨ du协

机。现场的流量计脉冲信号、压力变送器和温度变送器的 4 OmA信号传送至流量计算机进行转~2换显示，时流量计算机提供接口给 DC。由于同 S外输工作非常重要，需要现场人员的全程监控，而上述计量系统由于引入时间较早，没有完善的配套

上位机监控系统，主要问题体现在以下 4点：其

Mo b s d u协议是 MOD C N公司开发推行的 IO

a )用户界面不友好； )用户每次需要了解外输流 b程情况 (如压力、度、诸温瞬时总量及当前累计总量等),时需要不断地操作 2台流量计算机的控制面板才能获取需要的数据；)在外输期间，户需要 c用收稿日期： 0 6 1—1;改稿收到日期：20— 3— 0 2 0— 0 9修 0 7 0 1作者简介：巍巍 (9 9 )男，徽巢湖人，0 5年毕业于周 17一，安 20天津大学自动化学院控制理论与控制工程专业，硕士学位，在获现

不断自行计算瞬时总量和累计总量以了解外输情况和控制外输结束时间； )用户在不断按压控制 d

中海油基地集团采油服务公司从事仪表自动化方面的工作， _ Ema: u bs z o@ g i c m。 i r b i h u mal o l h .

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第 3期

周巍巍等 .于 Mo b s议的外输计量监控系统的设计与实现基 du协

通信协议，已经成为一种广泛应用于工业自动化控

含了附加的信息：寄存器地址，如需要处理的项的数目，中实际数据字节等。从机必须执行由功能域代码所定义的请求。如果没有错误发生，从机返回的数据域包含请求的数据，如果有错误发生，域此包含一异议代码，主机应用程序可以用来判断采取响应的错误处理程序。1 3 CRC校验 .

制器上的标准通信协议。通过该协议，同厂商生不产的控制设备可以进行工业网络互联，而实现集从散控制。1 1 Mo b s通信模式 . du

Mo b s信采用主从 ( se/lv )式， du通 Matr sae方

在同一个网络中存在一个主设备以及最多 2 7台 4从设备，设备地址编码为 1 2 7从~ 4。标准的 Mo— d bs u使用 R 2 2 S一 3 C串行接口，信以帧为单位，通其数据结构与 RS 3 C帧相同。Mo b s通信时，一2 2 du 其发送和接收的数据包由若干帧组成，协议正是定义了这些帧的意义，制器只要按照协议解释其接控收和发送的帧数据，就能与在同一网络中采用同样协议

的控制器实现通信。 Mo b s d u协议有两种通信模式： C I AS I模式和

主机或从机可以用校验码进行判别所接收消息

是否出错。C C校验码包括一个 1 i值 ( R 6b s用两个 t8的字符来实现)位。错误检测域的内容是通过对消息内容进行循环冗余检测方法得出的。C C域 R附加在消息的最后，加时先低字节后高字节。添Mo b s d u通信编程中生成 C C的步骤如下。 R

a )预置一个 1 6位寄存器为十六进制 F F F F,该寄存器称为 C C寄存器； R b )把第一个 8位数据与 1 6位 C C寄存器的 R低 8位相异或，把结果放到 C C寄存器中； R c )把寄存器的内容右移一位， 0填补最高用位 MS并检查最低位； B,

R TU模式。A C I式是将一个字节分为两个 S I模AS I字符发送， R CI而 TU模式是以十六进制传送数据，一个字节就是一帧，因此数据传送的效率高于 A CI S I模式，多数工业控制器采用 R U模式。在大 T同一个网络中，无论主机还是从机，必须采用相同都

d )如果最低位 L B为 0重复步骤 c, S, )如果最低位 L B为 1 C S, RC寄存器与多项式码 HA0 1 0进行异或；

的通信模式及相同的传输速率，目前， d u协议 Mo b s常用的传输速率为 1 0￣1 0 p。 0 9 0b s 2 21 2 Mo b sRTU消息帧格式 . d u

e复步骤 c和 d,到右移 8次， )重 ) )直即处理全部的 8位数据；

Mo b s d u RTU消息帧的格式如下所示。设备地址功能代码数据 C C校验 R

f )重复步骤 b和 e,行下一个 8位数据的 ) )进处理，直到所有的字节被处理；

g )最终得到的 C C寄存器内容即为 C C校 R R设备地址。设备地址为通信传送的第一个字节，字节表明由用户所设定设备地址的从机将接该收由主机发送的消息，并且同一个网络中每个从机都具有惟一的地址，只有符合地址码的从机才能响应。无论主机从机，通信均以地址开始。地址 0其用作广播地址，机可将消息发送给所有的从主验码。

在实际编程中，以按照流程图编制

C C校可 R

验码计算程序，可以采用查表法进行处理，者也后可以有效地减少计算量，其在采样数据量较大，尤 数据处理任务较为繁重的程序中普遍采用。2监控系统的开发2 1系统改造及构成 .

设备。 功能代码。Mo b s协议约定的可能代码范 du围是 1 5,~2 5当然，些代码是适用于所有的控制有器，而有些则属于某些特定应用，还有些作为备用， 这取决于控制器采用的代码完整与否。主机发送请求，过功能码告诉从机执行相应动作。作为从通机响应，其发送的功能码如果与主机发送的功能码一

Omn流量计算机为用户提供了 4个串行接 i口，支持同步与 2套完全独立的 Mo b s d u系统进行通信，最大传输速率达到了3 . p,均响应时 8 4Kb s平间 7。改造后的外输计量系统通讯拓扑如图 1 0ms所示。2 2监控软件的设计实现 .

样，明从机响应正确。如果从机返回消息的功表

通信软件采用 VB进行编写，通信控件其

能码最高位为 1则表明从机没有响应或是发送出，错，主设备应用程序得到异议的回应后，型的处典理过程是重发消息。 数据域。主机发送给从机消息的数据域中包

MS o C mm可以比较方便地实现串口通讯程序的设计。在 VB中通过 Ti r件定时调用 MS o me控 C mm控件进行串口通讯，用窗体加载事件对其进行初利始化，程序如下。其

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2O O 7正

离，然后进行数据处理，即可实现数制的正确转换。 在错误处理方面，外输流量计的工作特点决定了其数据具有一定的实时性，此，因笔者在数据错误处理的过程中，舍弃出错的数据。对于笔者的数据请求命令而言， Omn外输流量计的响应消息长 i度均为 9字节，因此在主机接收数据时采用对接收

数据长度进行判断的方式，时为了防止由于请同求/应答出错而从机未能响应主机请求命令而导致图 1外输计量系统拓扑 Prv t b Fo m Loa ) i a e Su r d(_

程序陷入死循环，增加了一个计数器以便程序在一个计数周期

内仍无法接收到响应消息的情况下，跳出此次数据采样。错误处理流程如图 3示。所

使用 C OM1口端W ih M SCo t mm 1.

Co m Po t一 1 m r

主机发送命令。。。。。。。。。。。。。。。’’_。。。。。。。。。。。。。。。。。——

.

Se tng一” 6 ti s 9 00,, 1” N 8,I put n一 9 n Le

’

I收数据 l接否l/^\

.

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I Bu f r z一 1 4 n f e Sie 02 Ou Bu f r z一 1 24 t fe Sie 0I npu M od— c t e om I put o Bi r n M de na y

接收缓冲区内\查}节数是否为 9, 2/

.

计数器：转否翻\/

.

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.

RTh e hol一 0 rs d S Thr s l一 0 e ho d Po t e— Tr e r Op n u正确+

/

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.

En ih dW t En b d Su

软件流程如图 2所示。

图 3错误处理流程框图

3结束语

Mob s d u协议已经成为一个通用的工业标准，被广泛地应用于控制器和智能仪表等工控领域。工业现场存在诸多单机设备和测控仪表，如果利用 Mob d— U或其他总线接口对其进行上位机系统的开发以及 S DC S互连等改造，无疑有效地提高了自动化水平和工作效率。该厂外输计量监控系统投入使用以来，工作图 2软件流程框图

正常稳定，数据准确可靠，有效地解决了原有的问题。参考文献：l李喜东，刘波涛，刚. d u刘 Mob s RTU串行通信协议在工业现场的应用.自动化技术与应用，0 5 2 () 7 0 2 0,4 7:3￣4 2祝木田，勇. d u师 Mo b s协议通讯的应用 .控自动化， 0 4测 20,2 6 0( ):9 i ~ i

注：*表示当前已经处理完最后一个参量

OMNI量计算机内部寄存器对于不同参数流

采用的数据表示方法不同，信息传输过程中，在其中压力、温度、时流量三组参量采用十六进制 3瞬 2位 IE E E浮点数格式表示，而累计量则采用了常规的3 2位十六进制的表示方式，因此在数据处理的

3李湘江. sa ai Vi lB s u c串行通信技术，电气传动自动化.

0 2 20,2 1 4( ):5~ 5, 4 O 2 5

4庞中华，元郁，红.于 VB与 AI节器的串口通信的实金崔基调时监控系统 .业控制计算机，0 4 1 (1:3￣ 3,4工 20,7 1) 6 74 5阚江，苓生，明 . VB . 孙张用 6 0实现工控软件和下位机的串口通信 .力自动化设备，0 2 2 ( ) 3￣ 3电 20,2 9: 4 7

过程中需要区别对待。在对压力、温度、瞬时量进行采样时，接收到在

从机传送的消息后，数据区部分有效数据进行分将

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