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，同時又基於硬件、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釆集網絡，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釆集，生成計量報表。通過該係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島物商儲運、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。
由於各工序區域分散，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釆集網絡。該網絡釆用主從式點對點的通訊方式，由18台皮帶秤稱重儀表（比如BW500）和1台PC機構成。根據皮帶秤安裝位置，將網絡上的18台設備分成了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，釆集後將數據送入計量管理係統。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，遠傳後，通過解碼器顯示出來。數據采集原理如圖1所示。皮帶秤計量係統網絡連接如圖2所示。

2係統功能
該係統針對鋼鐵行業鐵前工序皮帶秤建立了一套數據釆集網絡，上位機通過ModbusRTU協議讀取各條RS485總線上的皮帶秤稱重儀表中的計量數據，並及時將讀取的計量數據傳遞給計量管理係統，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，通過積分計算出腥數據；另一種方式麺過皮帶秤稱重儀表脈衝信號的累積計量數據。由於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距離的限製,距離太遠時，傳遞的計量數據存在較大的誤差，而該係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，係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開發平台下的MSComm,Timer控件來實現，計量畫麵如圖3所示。

3Modbus通訊協議對係統功能的實現
Modbus通訊協議采用主從工作方式，允許1台主機和多台從機通信。每台從機地址由用戶設定，地址範圍為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，但隻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是一個完整的主從査詢一回應周期。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。

3.1Modbus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：當控製器或智能儀表在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ASCn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1s,而不發生錯誤。
RTU模式：當控製器或智能儀表在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4bit的十六進製字符。這種傳送方式的主要優點是相對於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K8凯发登录入口。在通常情況下，一般工業智能儀表都是釆用RTU模式的Modbus規約。本文所使用的稱重儀表BW500、ICS-300均支持ModbusRTU通訊模式。
3.2ModbusRTU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Tl—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製的0~9,A~Fo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。在最後一個字符傳輸之後，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後開始，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，並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於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，因為在最後的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。

3.3主機通訊軟件的設計
皮帶秤稱重儀表BW500、ICS-300都支持ModbusRTU協議，儀表中的信息包含動態信息、查詢信息和控製信息。該係統主要是完成對計量數據和設備運行狀態信息的釆集,上位機釆集數據時，主要是釆用輪巡的方式，由於皮帶秤分布在鐵前物運、焦化、燒結和球團各工序中，比較分散，如圖1所示，將18台皮帶秤劃分成3條RS485總線，分別接入串口服務器，在PC機上安裝串口映射軟件後，針對使用的串口釆用周期性輪巡的方式采集稱重儀表的數據。
3.3.1MSComm控件與串行通信
從稱重儀表RS485接口傳輸的信號通過串口服務器後，完成了從RS485信號到RS232信號的轉換。通過主機上串口服務器端口映射軟件的串口映射，實質上主機中的通訊軟件就是對RS232通訊端口進行編程。使用多個通訊端口時，就需對每個端口進行通訊編程。本文中使用了3個串口。
主機通信軟件釆用Windows環境下的VB6.0進行編程。
VB6.0與Windows係統有著非常完美的接口，VB6.0提供了一個非常方便的MSComm通信控件。應用程序嵌入MSComm通信控件，通過MSComm通信控件提供的事件驅動或查詢方式進行串行通信管理。
3.3.2編程關鍵點
Modbus通訊協議規範：起始符+設備地址+功能代碼+數據+校驗和+結束符。通過協議規範不難看出，“校效和”在整個規範中非常重要。RS232通訊格式裏的奇偶校驗方式並不能保證每個字符都正確，所以，需要把所有字符的值按照某種規律計算，將計算得到的字符（校驗和）傳給接收方。接收時，再把接收到的字符值按照某種規律計算，將得到的字符與發送方傳送過來的校驗和字符進行比較——如果相等，就算接收正確了。
3.3.2.1實現校驗
ModbusRTU通訊方式的"校驗和”，即CRC校驗有兩種方法：計算法和查表法。計算法就是依據CRC校驗碼的產生原理來設計程序。其優點是模塊代碼少、修改靈活、可移植性好;其缺點是計算量大。而査表法的優缺點正好與計算法相反，因為對於固定字節CRC校驗計算的多項式因子，其CRC值是固定的，因而，釆用查表法可以簡化計算過程、節省應答時間、提高通信效率。本文采用的是計算法，計算步驟如下：
參與CRC計算的是設備地址、功能代碼和數據。①設置CRC寄存器，並給其賦值FFFF（十六進製）；②將參與校驗的第一個字節與16位CRC寄存器的低8位進行異或，並把結果存入CRC寄存器；③CRC寄存器向右移1位，MSB補0,移出並檢査LSB；④如果LSB為0,重複上一步；如果LSB為1,CRC寄存器與多項式碼A001（十六進製）相異或；⑤重複③和④，直到8次移位全部完成，此時第一個字節數據處理完畢;⑥重複②~⑤，直到所有字節數據全部處理完成；⑦）最終CRC寄存器的內容即為CRC值；⑧發送時，先發CRC寄存器低字完成對計量數據和設備運行狀態信息的釆集,上位機釆集數據時，主要是釆用輪巡的方式，由於皮帶秤分布在鐵前物運、焦化、燒結和球團各工序中，比較分散，如圖1所示，將18台皮帶秤劃分成3條RS485總線，分別接入串口服務器，在PC機上安裝串口映射軟件後，針對使用的串口釆用周期性輪巡的方式采集稱重儀表的數據。
3.3.1MSComm控件與串行通信
從稱重儀表RS485接口傳輸的信號通過串口服務器後，完成了從RS485信號到RS232信號的轉換。通過主機上串口服務器端口映射軟件的串口映射，實質上主機中的通訊軟件就是對RS232通訊端口進行編程。使用多個通訊端口時，就需對每個端口進行通訊編程。本文中使用了3個串口。
主機通信軟件釆用Windows環境下的VB6.0進行編程。
VB6.0與Windows係統有著非常完美的接口，VB6.0提供了一個非常方便的MSComm通信控件。應用程序嵌入MSComm通信控件，通過MSComm通信控件提供的事件驅動或查詢方式進行串行通信管理。
3.3.2編程關鍵點
Modbus通訊協議規範：起始符+設備地址+功能代碼+數據+校驗和+結束符。通過協議規範不難看出，“校效和”在整個規範中非常重要。RS232通訊格式裏的奇偶校驗方式並不能保證每個字符都正確，所以，需要把所有字符的值按照某種規律計算，將計算得到的字符（校驗和）傳給接收方。接收時，再把接收到的字符值按照某種規律計算，將得到的字符與發送方傳送過來的校驗和字符進行比較——如果相等，就算接收正確了。
3.3.2.1實現校驗
ModbusRTU通訊方式的"校驗和”，即CRC校驗有兩種方法：計算法和查表法。計算法就是依據CRC校驗碼的產生原理來設計程序。其優點是模塊代碼少、修改靈活、可移植性好;其缺點是計算量大。而査表法的優缺點正好與計算法相反，因為對於固定字節CRC校驗計算的多項式因子，其CRC值是固定的，因而，釆用查表法可以簡化計算過程、節省應答時間、提高通信效率。本文采用的是計算法，計算步驟如下：
參與CRC計算的是設備地址、功能代碼和數據。①設置CRC寄存器，並給其賦值FFFF（十六進製）；②將參與校驗的第一個字節與16位CRC寄存器的低8位進行異或，並把結果存入CRC寄存器；③CRC寄存器向右移1位，MSB補0,移出並檢査LSB；④如果LSB為0,重複上一步；如果LSB為1,CRC寄存器與多項式碼A001（十六進製）相異或；⑤重複③和④，直到8次移位全部完成，此時第一個字節數據處理完畢;⑥重複②~⑤，直到所有字節數據全部處理完成；⑦）最終CRC寄存器的內容即為CRC值；⑧發送時，先發CRC寄存器低字節，後發CRC寄存器高字節。
MSB是MostSignificantBit的縮寫，意為最高有效位；LSB是LeastSignificantBit的縮寫，意為最低有效位。通常，MSB位於二進製數的最左側，LSB位於二進製數的最右側。
主機發送查詢命令或接收從機應答數據時，校驗碼的計算是通過調用函數Chr_crc（）實現的，函數Chr_crc（）放在程序模塊中。
3.3.2.2實現周期性輪巡發送
為T保證主機不斷地將查詢命令下達到各個從機，對每條RS485總線即每個使用的COM串口，程序中使用1個定時器控件Timer1,將Timer控件的間隔屬性設置為100mso在定時器的Timer事件過程中寫入主機向1台從機發送查詢信息。這樣，每隔100ms調用一次子程序，即主機向1台從機完成一次命令發送。
如果主機是對各個從機的同一個數據信息進行查詢，那査詢信息幀的命令內容是完全相同的，除了從機地址碼不同外，其格式基本相同。發送命令子程序流程圖如圖6所示。

具體代碼如下：
3.3.2.3判斷CommEvent事件實現循環接收
主機接收從機的響應數據時，通過判斷CommEvent事件實現數據的循環接收。對於固定信號的智能儀表或控製器，當査詢信息確定後，返回的數據格式是固定的，為數據接收解析提供了固定方式。
具體代碼如下：

33.2.4窗體載入事件過程
窗體載入事件FormLoad在程序剛開始時被調用，負責設置通信端口參數，啟動定時器Timerl.主要程序代碼如下：

4結束語
在該數據釆集係統中，共18台皮帶秤稱重儀表。根據皮帶秤的分布情況，將18台設備分別掛在了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9600bps,在PC機上每隔1s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於皮帶秤計量係統中，實踐證明，該係統能夠正常運行，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。

作者：鄒劍峰

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