Modbus協議在皮帶秤計量系統中的應用

鄒劍峰

摘 要：與傳統的皮帶秤稱重儀表電流傳遞積分方式計量或皮帶秤稱重儀表脈沖累積傳遞計量相比，直接讀取皮帶秤稱重儀表中的計量數據可以保證數據的準確性。簡要介紹了直接讀取稱重儀表計量數據所使用的協議和編程方法，建立了皮帶秤稱重儀表數據采集系統，該系統簡單、實用，具有很強的移植性。

關鍵詞：皮帶秤；稱重儀表；Modbus通訊協議；串口通訊；串口服務器

中圖分類號：TN98 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）04-0123-03

重鋼股份公司下屬的鐵前各工序，比如物運、焦化、燒結、球團、煉鐵都是采用皮帶秤計量作為各工序成本核算的依據。為了保證計量數據的準確性，同時又基于硬件、軟件投資利潤率和性能價格比的考慮，對各工序皮帶秤計量建立了一個數據采集網絡，通過Modbus通訊協議直接讀取各稱重儀表數據，完成各種物資重量數據采集，生成計量報表。通過該系統可以實現各工序原料、產量的準確計量，滿足工序成本核算的需要，為優化各工序生產提供數據支持。同時，對各工序皮帶秤要安裝視頻監視，為計量數據提供視頻依據。

1 網絡配置

鋼鐵生產線鐵前生產工藝包括物流儲運、焦化、燒結、球團和煉鐵工序。礦石、原輔料的轉運和燒結礦、球團礦、焦炭、焦末等的轉運都要通過皮帶秤計量，核算各工序的生產成本。由于各工序區域分散，皮帶秤安裝位置分散，要保證工作效率就需要建立一個計量數據采集網絡。該網絡采用主從式點對點的通訊方式，由18臺皮帶秤稱重儀表（比如BW500）和1臺PC機構成。根據皮帶秤安裝位置，將網絡上的18臺設備分成了3條RS485總線，每條RS485總線分別接入串口服務器，串口服務器的RJ45接口通過雙絞線與上位機網卡相連。上位機編程采用Modbus通訊協議直接讀取稱重儀表中的數據，采集后將數據送入計量管理系統。同時，現場視頻通過數據光端機將視頻信號傳入視頻編碼器，遠傳后，通過解碼器顯示出來。數據采集原理如圖1所示。皮帶秤計量系統網絡連接如圖2所示。

2 系統功能

該系統針對鋼鐵行業鐵前工序皮帶秤建立了一套數據采集網絡，上位機通過Modbus RTU 協議讀取各條RS485總線上的皮帶秤稱重儀表中的計量數據，并及時將讀取的計量數據傳遞給計量管理系統，生成計量報表，同時，通過實時計量數據，可以對皮帶秤的運行狀況進行有效監控，及時發現設備故障及時處理，為計量數據的準確性提供了保障。該方式與傳統的皮帶秤計量統計方式相比，保證了計量數據的準確性。傳統皮帶秤計量，其中一種方式是通過稱重儀表將重量信號轉換成電流信號送進PLC模板，通過積分計算出計量數據；另一種方式是通過皮帶秤稱重儀表脈沖信號的累積計量數據。由于第一種方式沒有考慮補償因素，其誤差較大；第二種方式受稱重儀表到PLC距離的限制，距離太遠時，傳遞的計量數據存在較大的誤差，而該系統通過直接讀取稱重儀表上的計量數據，可以保證計量數據的準確性。

鐵前工序皮帶秤安裝位置分散，系統根據皮帶秤的分布情況，建立了3條RS485總線，分別接入串口服務器，完成串口在PC機中的映射，實現RS485到RS232的轉換。實際讀數時，對3個串口所掛設備分別讀數。在串行通訊中，主要是借助VB開發平臺下的MSComm，Timer控件來實現，計量畫面如圖3所示。

3 Modbus通訊協議對系統功能的實現

Modbus通訊協議采用主從工作方式，允許1臺主機和多臺從機通信。每臺從機地址由用戶設定，地址范圍為1～255. 通信采用命令/應答方式，每一種命令幀對應一個應答幀。命令幀由主機發出，所有從機都將收到報文，但只有被尋址的從機才會響應相應命令，返回相應的應答幀。圖4是一個完整的主從查詢—回應周期。如果報文中尋址地址為0，則被視為全局廣播，所有從機都把它當一條命令執行，不返回應答幀。

3.1 Modbus通訊協議

Modbus通訊協議有兩種傳送方式，RTU方式和ASCII方式。

ASCII模式：當控制器或智能儀表在Modbus網絡上以ASCII模式通信，在消息中的每八比特字節將作為2個ASCII字符被發送。這種傳送方式的主要優點是字符發送時間間隔可達到1 s，而不發生錯誤。

RTU模式：當控制器或智能儀表在Modbus網絡上以RTU模式通信，在消息中的每八比特字節包含2個4 bit的十六進制字符。這種傳送方式的主要優點是相對于ASCII模式，RTU模式表達相同的信息需要較少的位數，且在相同通訊速率下具有更大的數據流量。在通常情況下，一般工業智能儀表都是采用RTU模式的Modbus規約。本文所使用的稱重儀表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，消息發送至少要以3.5個字符時間的停頓間隔開始（如圖5中的T1—T2—T3—T4所示）。傳輸的第一個域是設備地址，可以使用的傳輸字符是十六進制的0～9，A～F。網絡設備不斷偵測網絡總線，當接收到第一個域（地址域），每個設備都將進行解碼，以判斷是否是發給自己的。在最后一個字符傳輸之后，一個至少3.5個字符時間的停頓標定了消息的結束，一個新的消息可在此停頓后開始，整個消息幀必須作為連續的流傳輸。如果在幀完成之前有超過3.5個字符時間的停頓時間，接收設備將刷新不完整的消息，并假定下一字節是一個新消息的地址域。同樣地，如果一個新消息在小于3.5個字符時間內接著前一消息開始，接收的設備將認為它是前一消息的延續。這將會導致一個錯誤，因為在最后的CRC 域的值不可能是正確的。典型的RTU模式的消息結構如圖5所示。

4 結束語

在該數據采集系統中，共18臺皮帶秤稱重儀表。根據皮帶秤的分布情況，將18臺設備分別掛在了3條RS485總線上，每條RS485總線分別接入串口服務器。通過串口映射，軟件中使用了3個串口COM1，COM2，COM3分別對3個串口編寫通訊程序讀取數據，所選用的傳輸波特率為9 600 bps，在PC機上每隔1 s更新一次。在實際通訊過程中，可根據工業現場具體情況調整傳輸波特率和輪巡周期。

本文中介紹的通信軟件已被應用于皮帶秤計量系統中，實踐證明，該系統能夠正常運行，上位機與下位機的通信穩定可靠，軟件使用方便，保證了計量數據的準確性，實現了皮帶秤的遠程無人值守計量，為公司各工序成本核算提供了準確的數據。

參考文獻

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

[2]李喜東，劉濤，劉剛. Modbus—RTU串行通信協議在工業現場的應用[J].自動化技術與應用，2005，24（7）：37-40.

[3]劉瑞新，李樹東，萬朝陽.Visual Basic 程序設計教程[M].北京：電子工業出版社，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：與傳統的皮帶秤稱重儀表電流傳遞積分方式計量或皮帶秤稱重儀表脈沖累積傳遞計量相比，直接讀取皮帶秤稱重儀表中的計量數據可以保證數據的準確性。簡要介紹了直接讀取稱重儀表計量數據所使用的協議和編程方法，建立了皮帶秤稱重儀表數據采集系統，該系統簡單、實用，具有很強的移植性。

關鍵詞：皮帶秤；稱重儀表；Modbus通訊協議；串口通訊；串口服務器

中圖分類號：TN98 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）04-0123-03

重鋼股份公司下屬的鐵前各工序，比如物運、焦化、燒結、球團、煉鐵都是采用皮帶秤計量作為各工序成本核算的依據。為了保證計量數據的準確性，同時又基于硬件、軟件投資利潤率和性能價格比的考慮，對各工序皮帶秤計量建立了一個數據采集網絡，通過Modbus通訊協議直接讀取各稱重儀表數據，完成各種物資重量數據采集，生成計量報表。通過該系統可以實現各工序原料、產量的準確計量，滿足工序成本核算的需要，為優化各工序生產提供數據支持。同時，對各工序皮帶秤要安裝視頻監視，為計量數據提供視頻依據。

1 網絡配置

鋼鐵生產線鐵前生產工藝包括物流儲運、焦化、燒結、球團和煉鐵工序。礦石、原輔料的轉運和燒結礦、球團礦、焦炭、焦末等的轉運都要通過皮帶秤計量，核算各工序的生產成本。由于各工序區域分散，皮帶秤安裝位置分散，要保證工作效率就需要建立一個計量數據采集網絡。該網絡采用主從式點對點的通訊方式，由18臺皮帶秤稱重儀表（比如BW500）和1臺PC機構成。根據皮帶秤安裝位置，將網絡上的18臺設備分成了3條RS485總線，每條RS485總線分別接入串口服務器，串口服務器的RJ45接口通過雙絞線與上位機網卡相連。上位機編程采用Modbus通訊協議直接讀取稱重儀表中的數據，采集后將數據送入計量管理系統。同時，現場視頻通過數據光端機將視頻信號傳入視頻編碼器，遠傳后，通過解碼器顯示出來。數據采集原理如圖1所示。皮帶秤計量系統網絡連接如圖2所示。

2 系統功能

該系統針對鋼鐵行業鐵前工序皮帶秤建立了一套數據采集網絡，上位機通過Modbus RTU 協議讀取各條RS485總線上的皮帶秤稱重儀表中的計量數據，并及時將讀取的計量數據傳遞給計量管理系統，生成計量報表，同時，通過實時計量數據，可以對皮帶秤的運行狀況進行有效監控，及時發現設備故障及時處理，為計量數據的準確性提供了保障。該方式與傳統的皮帶秤計量統計方式相比，保證了計量數據的準確性。傳統皮帶秤計量，其中一種方式是通過稱重儀表將重量信號轉換成電流信號送進PLC模板，通過積分計算出計量數據；另一種方式是通過皮帶秤稱重儀表脈沖信號的累積計量數據。由于第一種方式沒有考慮補償因素，其誤差較大；第二種方式受稱重儀表到PLC距離的限制，距離太遠時，傳遞的計量數據存在較大的誤差，而該系統通過直接讀取稱重儀表上的計量數據，可以保證計量數據的準確性。

鐵前工序皮帶秤安裝位置分散，系統根據皮帶秤的分布情況，建立了3條RS485總線，分別接入串口服務器，完成串口在PC機中的映射，實現RS485到RS232的轉換。實際讀數時，對3個串口所掛設備分別讀數。在串行通訊中，主要是借助VB開發平臺下的MSComm，Timer控件來實現，計量畫面如圖3所示。

3 Modbus通訊協議對系統功能的實現

Modbus通訊協議采用主從工作方式，允許1臺主機和多臺從機通信。每臺從機地址由用戶設定，地址范圍為1～255. 通信采用命令/應答方式，每一種命令幀對應一個應答幀。命令幀由主機發出，所有從機都將收到報文，但只有被尋址的從機才會響應相應命令，返回相應的應答幀。圖4是一個完整的主從查詢—回應周期。如果報文中尋址地址為0，則被視為全局廣播，所有從機都把它當一條命令執行，不返回應答幀。

3.1 Modbus通訊協議

Modbus通訊協議有兩種傳送方式，RTU方式和ASCII方式。

ASCII模式：當控制器或智能儀表在Modbus網絡上以ASCII模式通信，在消息中的每八比特字節將作為2個ASCII字符被發送。這種傳送方式的主要優點是字符發送時間間隔可達到1 s，而不發生錯誤。

RTU模式：當控制器或智能儀表在Modbus網絡上以RTU模式通信，在消息中的每八比特字節包含2個4 bit的十六進制字符。這種傳送方式的主要優點是相對于ASCII模式，RTU模式表達相同的信息需要較少的位數，且在相同通訊速率下具有更大的數據流量。在通常情況下，一般工業智能儀表都是采用RTU模式的Modbus規約。本文所使用的稱重儀表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，消息發送至少要以3.5個字符時間的停頓間隔開始（如圖5中的T1—T2—T3—T4所示）。傳輸的第一個域是設備地址，可以使用的傳輸字符是十六進制的0～9，A～F。網絡設備不斷偵測網絡總線，當接收到第一個域（地址域），每個設備都將進行解碼，以判斷是否是發給自己的。在最后一個字符傳輸之后，一個至少3.5個字符時間的停頓標定了消息的結束，一個新的消息可在此停頓后開始，整個消息幀必須作為連續的流傳輸。如果在幀完成之前有超過3.5個字符時間的停頓時間，接收設備將刷新不完整的消息，并假定下一字節是一個新消息的地址域。同樣地，如果一個新消息在小于3.5個字符時間內接著前一消息開始，接收的設備將認為它是前一消息的延續。這將會導致一個錯誤，因為在最后的CRC 域的值不可能是正確的。典型的RTU模式的消息結構如圖5所示。

4 結束語

在該數據采集系統中，共18臺皮帶秤稱重儀表。根據皮帶秤的分布情況，將18臺設備分別掛在了3條RS485總線上，每條RS485總線分別接入串口服務器。通過串口映射，軟件中使用了3個串口COM1，COM2，COM3分別對3個串口編寫通訊程序讀取數據，所選用的傳輸波特率為9 600 bps，在PC機上每隔1 s更新一次。在實際通訊過程中，可根據工業現場具體情況調整傳輸波特率和輪巡周期。

本文中介紹的通信軟件已被應用于皮帶秤計量系統中，實踐證明，該系統能夠正常運行，上位機與下位機的通信穩定可靠，軟件使用方便，保證了計量數據的準確性，實現了皮帶秤的遠程無人值守計量，為公司各工序成本核算提供了準確的數據。

參考文獻

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

[2]李喜東，劉濤，劉剛. Modbus—RTU串行通信協議在工業現場的應用[J].自動化技術與應用，2005，24（7）：37-40.

[3]劉瑞新，李樹東，萬朝陽.Visual Basic 程序設計教程[M].北京：電子工業出版社，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：與傳統的皮帶秤稱重儀表電流傳遞積分方式計量或皮帶秤稱重儀表脈沖累積傳遞計量相比，直接讀取皮帶秤稱重儀表中的計量數據可以保證數據的準確性。簡要介紹了直接讀取稱重儀表計量數據所使用的協議和編程方法，建立了皮帶秤稱重儀表數據采集系統，該系統簡單、實用，具有很強的移植性。

關鍵詞：皮帶秤；稱重儀表；Modbus通訊協議；串口通訊；串口服務器

中圖分類號：TN98 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）04-0123-03

重鋼股份公司下屬的鐵前各工序，比如物運、焦化、燒結、球團、煉鐵都是采用皮帶秤計量作為各工序成本核算的依據。為了保證計量數據的準確性，同時又基于硬件、軟件投資利潤率和性能價格比的考慮，對各工序皮帶秤計量建立了一個數據采集網絡，通過Modbus通訊協議直接讀取各稱重儀表數據，完成各種物資重量數據采集，生成計量報表。通過該系統可以實現各工序原料、產量的準確計量，滿足工序成本核算的需要，為優化各工序生產提供數據支持。同時，對各工序皮帶秤要安裝視頻監視，為計量數據提供視頻依據。

1 網絡配置

鋼鐵生產線鐵前生產工藝包括物流儲運、焦化、燒結、球團和煉鐵工序。礦石、原輔料的轉運和燒結礦、球團礦、焦炭、焦末等的轉運都要通過皮帶秤計量，核算各工序的生產成本。由于各工序區域分散，皮帶秤安裝位置分散，要保證工作效率就需要建立一個計量數據采集網絡。該網絡采用主從式點對點的通訊方式，由18臺皮帶秤稱重儀表（比如BW500）和1臺PC機構成。根據皮帶秤安裝位置，將網絡上的18臺設備分成了3條RS485總線，每條RS485總線分別接入串口服務器，串口服務器的RJ45接口通過雙絞線與上位機網卡相連。上位機編程采用Modbus通訊協議直接讀取稱重儀表中的數據，采集后將數據送入計量管理系統。同時，現場視頻通過數據光端機將視頻信號傳入視頻編碼器，遠傳后，通過解碼器顯示出來。數據采集原理如圖1所示。皮帶秤計量系統網絡連接如圖2所示。

2 系統功能

該系統針對鋼鐵行業鐵前工序皮帶秤建立了一套數據采集網絡，上位機通過Modbus RTU 協議讀取各條RS485總線上的皮帶秤稱重儀表中的計量數據，并及時將讀取的計量數據傳遞給計量管理系統，生成計量報表，同時，通過實時計量數據，可以對皮帶秤的運行狀況進行有效監控，及時發現設備故障及時處理，為計量數據的準確性提供了保障。該方式與傳統的皮帶秤計量統計方式相比，保證了計量數據的準確性。傳統皮帶秤計量，其中一種方式是通過稱重儀表將重量信號轉換成電流信號送進PLC模板，通過積分計算出計量數據；另一種方式是通過皮帶秤稱重儀表脈沖信號的累積計量數據。由于第一種方式沒有考慮補償因素，其誤差較大；第二種方式受稱重儀表到PLC距離的限制，距離太遠時，傳遞的計量數據存在較大的誤差，而該系統通過直接讀取稱重儀表上的計量數據，可以保證計量數據的準確性。

鐵前工序皮帶秤安裝位置分散，系統根據皮帶秤的分布情況，建立了3條RS485總線，分別接入串口服務器，完成串口在PC機中的映射，實現RS485到RS232的轉換。實際讀數時，對3個串口所掛設備分別讀數。在串行通訊中，主要是借助VB開發平臺下的MSComm，Timer控件來實現，計量畫面如圖3所示。

3 Modbus通訊協議對系統功能的實現

Modbus通訊協議采用主從工作方式，允許1臺主機和多臺從機通信。每臺從機地址由用戶設定，地址范圍為1～255. 通信采用命令/應答方式，每一種命令幀對應一個應答幀。命令幀由主機發出，所有從機都將收到報文，但只有被尋址的從機才會響應相應命令，返回相應的應答幀。圖4是一個完整的主從查詢—回應周期。如果報文中尋址地址為0，則被視為全局廣播，所有從機都把它當一條命令執行，不返回應答幀。

3.1 Modbus通訊協議

Modbus通訊協議有兩種傳送方式，RTU方式和ASCII方式。

ASCII模式：當控制器或智能儀表在Modbus網絡上以ASCII模式通信，在消息中的每八比特字節將作為2個ASCII字符被發送。這種傳送方式的主要優點是字符發送時間間隔可達到1 s，而不發生錯誤。

RTU模式：當控制器或智能儀表在Modbus網絡上以RTU模式通信，在消息中的每八比特字節包含2個4 bit的十六進制字符。這種傳送方式的主要優點是相對于ASCII模式，RTU模式表達相同的信息需要較少的位數，且在相同通訊速率下具有更大的數據流量。在通常情況下，一般工業智能儀表都是采用RTU模式的Modbus規約。本文所使用的稱重儀表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，消息發送至少要以3.5個字符時間的停頓間隔開始（如圖5中的T1—T2—T3—T4所示）。傳輸的第一個域是設備地址，可以使用的傳輸字符是十六進制的0～9，A～F。網絡設備不斷偵測網絡總線，當接收到第一個域（地址域），每個設備都將進行解碼，以判斷是否是發給自己的。在最后一個字符傳輸之后，一個至少3.5個字符時間的停頓標定了消息的結束，一個新的消息可在此停頓后開始，整個消息幀必須作為連續的流傳輸。如果在幀完成之前有超過3.5個字符時間的停頓時間，接收設備將刷新不完整的消息，并假定下一字節是一個新消息的地址域。同樣地，如果一個新消息在小于3.5個字符時間內接著前一消息開始，接收的設備將認為它是前一消息的延續。這將會導致一個錯誤，因為在最后的CRC 域的值不可能是正確的。典型的RTU模式的消息結構如圖5所示。

4 結束語

在該數據采集系統中，共18臺皮帶秤稱重儀表。根據皮帶秤的分布情況，將18臺設備分別掛在了3條RS485總線上，每條RS485總線分別接入串口服務器。通過串口映射，軟件中使用了3個串口COM1，COM2，COM3分別對3個串口編寫通訊程序讀取數據，所選用的傳輸波特率為9 600 bps，在PC機上每隔1 s更新一次。在實際通訊過程中，可根據工業現場具體情況調整傳輸波特率和輪巡周期。

本文中介紹的通信軟件已被應用于皮帶秤計量系統中，實踐證明，該系統能夠正常運行，上位機與下位機的通信穩定可靠，軟件使用方便，保證了計量數據的準確性，實現了皮帶秤的遠程無人值守計量，為公司各工序成本核算提供了準確的數據。

參考文獻

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

[2]李喜東，劉濤，劉剛. Modbus—RTU串行通信協議在工業現場的應用[J].自動化技術與應用，2005，24（7）：37-40.

[3]劉瑞新，李樹東，萬朝陽.Visual Basic 程序設計教程[M].北京：電子工業出版社，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