基于MODBUS协议的赛摩皮带秤DCS数据采集

2022-05-08马普涛刘全波张兵

现代矿业 2022年4期

马普涛刘全波张兵

（云南华联锌铟股份有限公司）

在信息化快速发展的今天，数据采集在各个领域都是不可或缺的重要内容。工业控制系统中，通过对底层数据的采集，可实时反映生产设备的一系列工艺参数，为生产管理及工艺配置等一系列活动提供决策依据。数据采集是实现工厂智能化控制的前提，是达成大数据分析运用的基础。

电子皮带秤是在皮带输送机输送物料过程中同时进行物料连续自动称重的一种计量设备，其特点是称量过程连续和自动进行，一般用于采集皮带输送机输送物料过程中的瞬时流量、累计量、皮带速度等工艺参数[1-5]。传统的电子皮带秤数据采集采用模拟量采集的方法，通过电缆将数据以模拟量的方式传输至控制系统的信号采集模块，一般一个数据对应一个信号采集模块接口，并需要一根两芯电缆进行数据传输，这样的采集方式一般只适用于单一数据采集，多数据的采集如果使用这种方法会造成极大的成本浪费。为解决上述问题，使用MODBUS RTU 总线方式进行数据采集，可实现仅以一根通讯电缆完成电子皮带秤的多数据采集过程。

1 MODBUS通讯

MODBUS 通讯协议是MODICON 公司推出的一种开放式通讯协议，因其具有简单、可靠的特点而被广泛运用于工业控制系统。通过此协议，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。本文中的艾默生DCS 系统与赛摩FH-10 电子皮带秤的通讯采用了此协议。

MODBUS通信使用主-从技术，报文为请求/响应帧方式。数据通信时，主站设备向从站设备发出请求帧，从站设备根据主站请求帧的数据作出相应响应。当使用MODBUS 总线将通信网络中的各个设备通过异步串行连接起来，只允许一个设备做主站，其余设备作为从站，主站设备通过广播形式发送请求帧，从站设备根据地址响应主站设备的请求。MODBUS 通信传输方式有ASCⅡ&RTU 模式，RTU 模式相较ASCⅡ模式数据吞吐量大，使用较多，本文采用RTU模式。

MODBUS 通讯的数据交换类型由功能号决定，DCS系统支持的功能见表1。

对皮带秤数据的采集使用03 功能，其帧格式如下：

请求帧

响应帧

2 数据采集

（1）系统的连接。DCS 系统选择RTU 串行通讯卡件，使用屏蔽通讯电缆连接卡件的port2 端口和赛摩FH-10电子皮带秤称重仪的通讯板端口。

（2）通讯设置。DCS 系统作为通讯主站，设置通讯参数见图1、图2；采集皮带秤的累计量、瞬时流量、速度3 个参数，其对应的寄存器起始地址为1000H，转换为十进制数为4096，字长为6，寄存器设置如图3。

赛摩FH-10 电子皮带秤作为通讯从站，设置其通讯参数与DCS系统通讯参数一致，见图4、图5。

3 数据处理

根据DCS系统设置的通讯参数，皮带秤响应DCS的数据查询请求，DCS 寄存器得到的数据见图6，由于DCS 系统与皮带秤保持寄存器浮点数存储的格式不同，导致通讯采集到的数据存在差异，需对数据重新处理。

皮带秤累计量、流量、速度为浮点数，每个浮点数4 个字节，共12 个字节数据。数据按累计量、流量、速度顺序排列。以累计量44 0B 43 42 为例，按标准浮点数排列为42 43 0B 44。转换成二进制格式：

尾数的第一位为2的-1次方，第二位为2的-2次方，以此类推。

十进制数为（-1）0*2132-127*（1+2-1+2-6+2-7+2-12+2-14+2-15+2-17+2-21）=48.761

按上述方法，将DCS 所采集数据进行处理，将寄存器内容用泛布尔输出模块（BFO）拆分（图7），每个字拆分为16位二进制数，对其排列重组。

其中，每个通讯参数占2 个字，每个字高低位互换，高16位与低16位互换，由此可得符号位对应高16位的第8位（BFO2/OUT_8），指数位对应高16位的第7位至第1 位以及高16 位的第16 位（BFO2/OUT_7-OUT_1、BFO2/OUT_16）共计8位，尾数位对应高16位的第15 位至第9 位、低16 位的第8 位至第1 位、低16位的第16 位至第9 位（BFO2/OUT_15-OUT_9、BFO1/OUT_8-OUT_1、BFO1/OUT_16-OUT_9），共计23位。

按泛布尔输出重组排列后，对数据进行计算。由于计算过程中存在较多数学运算，如果使用Math模块计算会占用较多存储空间，选用运算/逻辑功能块，将计算过程以表达式方式写入模块进行计算。将符号位、指数位、尾数位的转换结果相乘可得最终结果（图8）。