在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，流量計(jì)是工業(yè)測(cè)量中***重要的儀表之一，用于測(cè)量流體的流量，隨著工業(yè)的發(fā)展，尤其工廠對(duì)于智能制造的需求，市場(chǎng)對(duì)流量計(jì)在通訊方面的要求與日俱增，RS485 接口是***適合各種流量計(jì)的通訊接口，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)此通訊程序，可以實(shí)時(shí)快速地將流量數(shù)據(jù)、診斷信息、狀態(tài)檢測(cè)等傳輸?shù)缴衔豢刂葡到y(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)信息交互，提高工廠的自動(dòng)化水平。

0 引言

流量計(jì)量是計(jì)量科學(xué)技術(shù)的組成部分之一，它與國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)、科學(xué)研究有密切的關(guān)系，做好這一工作，對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都具有重要的作用。目前制造業(yè)都在向智能化轉(zhuǎn)型，工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度愈來愈高，使得流量計(jì)都需要有信息通訊功能，***初是數(shù)據(jù)模擬信號(hào)輸出簡(jiǎn)單過程量，后來采用 RS232 接口，這種接口可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，但這種方式不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能，隨后出現(xiàn)的 RS485 接口徹底解決了這個(gè)問題，RS485 接口使用通訊指令進(jìn)行串行通訊，傳輸流量計(jì)的流量數(shù)據(jù)、診斷信息、狀態(tài)檢測(cè)等信息。

1 .串行接口

工業(yè)生產(chǎn)對(duì)于信息化的需求是不可或缺的，使得企業(yè)在流量計(jì)選型時(shí)其中的一個(gè)必要條件就是要具有聯(lián)網(wǎng)通信接口 ，串行接口的出現(xiàn)正好解決了這個(gè)問題，串行接口是指數(shù)據(jù)一位一位地順序傳送，其特點(diǎn)是通信線路簡(jiǎn)單，只要一對(duì)傳輸線就可以實(shí)現(xiàn)雙向通信，從而大大降低了成本，特別適用于遠(yuǎn)距離通信，具有串行接口的流量計(jì)采用串行通訊的方式將信息逐位按順序的傳送，傳送距離可以從幾米到幾千米。

串行接口按電氣標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議來分包括 RS-232、RS-422、RS-485。RS-232 是為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊而設(shè)計(jì)的，傳送距離***大為約 15 米，***高速率為 20kb/s，適合本地設(shè)備之間的通信。

RS-422 定義了接口電路的特性，總線上***多可接 10 個(gè)節(jié)點(diǎn)，***大傳輸距離為 1219 米，***大傳輸速率為 10Mb/s。RS-485是從 RS-422 基礎(chǔ)上發(fā)展而來的升級(jí)版，RS-485 總線上***多可接到 32 個(gè)設(shè)備，共模輸出電壓提高到－ 7V 至+12V 之說，提供了很大的便利與節(jié)省了大量的人力物力。傳統(tǒng)方法上，對(duì)于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，特別是對(duì)于很多數(shù)據(jù)的***大傳輸速率為 10Mb/s。

2 .RS485 通訊程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

RS485 總線是基于物理接口和屏蔽雙絞線傳輸介質(zhì)，只是物理介質(zhì)層，由于其電路特性專門針對(duì)一主多從協(xié)議的，上面可以運(yùn)行很多通訊協(xié)議，如何根據(jù)流量計(jì)內(nèi)部 RS485 接口的通訊協(xié)議編寫通訊程序，讀寫流量計(jì)的各種信息，就是關(guān)鍵所在了。本文的研究對(duì)象是采用 Kojima 公司的 DF 系列氣體質(zhì)量流量計(jì)作為 RS485 總線的從站，Schneider 公司的 Proface 觸摸屏作為 RS485 總線主站，在主站中采用腳本語言編寫通訊程序，讀寫從站流量計(jì)的各種信息。本文的研究和程序設(shè)計(jì)思路對(duì)于其余品牌的流量計(jì)和上位控制系統(tǒng)同樣適用。

2.1 從站流量計(jì)通訊規(guī)范設(shè)計(jì)

Kojima 公司的 DF 系列氣體質(zhì)量流量計(jì)的 RS485 通訊規(guī)格是傳輸速度 9600 bps、1 位開始位、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 8 位、1 位停止位、無奇偶校驗(yàn)位、采用 3 線半雙工傳輸?shù)膫鬏斚到y(tǒng)，支持 32 種指令格式，本文主要編寫的是 32 種指令中的 RCFR（獲取瞬時(shí)流量指令）和 WSFD（設(shè)定流量設(shè)定值指令）兩種指令的通訊程序。

2.1.1  WSFD 設(shè)定流量設(shè)定值指令

WSFD 設(shè)定流量設(shè)定值指令的報(bào)文格式，如表 1 所示。

STX：設(shè)定流量計(jì)通訊指令起始碼，固定為“@”，對(duì)應(yīng) AS-CII 碼 40H，占 1 個(gè)字節(jié)。

Communication ID：流量計(jì)從站地址，占用 3 個(gè)字節(jié)，范圍是 001 ～ 099。

Command：指定通訊指令為 WSFD（設(shè)定流量設(shè)定值指令），占 4 個(gè)字節(jié)。

Data：4 位十進(jìn)制數(shù)的流量設(shè)定值，范圍 0000 ～***大流量，占 4 個(gè)字節(jié)。

Check sum：校驗(yàn)碼，計(jì)算方法是“STX + Communication ID + Command + Data”的低兩位 16 進(jìn)制數(shù)，占 2 個(gè)字節(jié)。

ETX：通訊指令結(jié)束碼，固定為“CR”，對(duì)應(yīng) ASCII 碼 0DH，占 1 個(gè)字節(jié)。

發(fā)出 WSFD 指令后，返回的報(bào)文格式，如表 2 所示。STX：返回報(bào)文起始碼，固定為“%”，對(duì)應(yīng) ASCII 碼 25H，占 1 個(gè)字節(jié)。

Communication ID：流量計(jì)從站地址，占用 3 個(gè)字節(jié)，范圍是 001 ～ 099。

Command：指定通訊指令為 WSFD（設(shè)定流量設(shè)定值指令），占用 4 個(gè)字節(jié)。

Exit code：返回?cái)?shù)據(jù)成功，顯示 OK 的 ASCII 碼；返回?cái)?shù)據(jù)失敗，顯示 NG 的 ASCII 碼，占用 2 個(gè)字節(jié)。

Check sum：校驗(yàn)碼，計(jì)算方法是“STX + Communication ID + Command + Exit code”的低兩位 16 進(jìn)制數(shù)，占 2 個(gè)字節(jié)。

ETX：通訊指令結(jié)束碼，固定為“CR”，對(duì)應(yīng) ASCII 碼 0DH，

占 1 個(gè)字節(jié)。

2.1.2  RCFR 獲取瞬時(shí)流量指令

RCFR 獲取瞬時(shí)流量指令的報(bào)文格式，如表 3 所示：

STX：設(shè)定流量計(jì)通訊指令起始碼，固定為“@”，對(duì)應(yīng) AS-CII 碼 40H，占 1 個(gè)字節(jié)。

Communication ID：流量計(jì)從站地址，占用 3 個(gè)字節(jié)，范圍是 001 ～ 099。

Command：指定通訊指令為 RCFR（獲取瞬時(shí)流量指令），占用 4 個(gè)字節(jié)。

Check sum：校驗(yàn)碼，計(jì)算方法是“STX + Communication ID + Command”的低兩位 16 進(jìn)制數(shù)，占 2 個(gè)字節(jié)。

ETX：通訊指令結(jié)束碼，固定為“CR”，對(duì)應(yīng) ASCII 碼 0DH，占 1 個(gè)字節(jié)。

發(fā)出 RCFR 指令后，返回的瞬時(shí)流量值的報(bào)文格式，如表 4 所示。

STX：返回報(bào)文起始碼，固定為“%”，對(duì)應(yīng) ASCII 碼 25H，

占 1 個(gè)字節(jié)。

Communication ID：流量計(jì)從站地址，占用 3 個(gè)字節(jié)，范圍

是 001 ～ 099。

Command：指定通訊指令為 RCFR（獲取瞬時(shí)流量指令），占用 4 個(gè)字節(jié)。

Exit code：返回?cái)?shù)據(jù)成功，顯示 OK 的 ASCII 碼；返回?cái)?shù)據(jù)失敗，顯示 NG 的 ASCII 碼，占用 2 個(gè)字節(jié)。

Data：返回 4 位十進(jìn)制數(shù)的瞬時(shí)流量值，范圍 0001 ～9999，占用 4 個(gè)字節(jié)。

Check sum：校驗(yàn)碼，計(jì)算方法是“STX + Communication ID + Command + Exit code + Data”的低兩位 16 進(jìn)制數(shù)，占 2 個(gè)字節(jié)。

ETX：通訊指令結(jié)束碼，固定為“CR”，對(duì)應(yīng) ASCII 碼 0DH，占 1 個(gè)字節(jié)。

2.2 主站通訊程序?qū)崿F(xiàn)

主站采用 Schneider 公司的 Proface 觸摸屏，在主站中采用腳本語言編寫通訊程序，實(shí)現(xiàn) RCFR（獲取瞬時(shí)流量指令）和WSFD（設(shè)定流量設(shè)定值指令），從而可以讀寫從站流量計(jì)的流量信息。

2.2.1  主站通訊參數(shù)設(shè)定

在主站（Schneider 公司的 Proface 觸摸屏）中對(duì)應(yīng)設(shè)定 Ko-jima 公司的 DF 系列氣體質(zhì)量流量計(jì)的 RS485 通訊規(guī)格傳輸速度 9600 bps、1 位開始位、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 8 位、1 位停止位、無奇偶校驗(yàn)位，如圖 1 所示。

2.2.2 主站串口操作指令

主站 Schneider 公司的 Proface 觸摸屏支持類 C 語言格式的腳本編程語言，具有完整的串口操作指令，引用 IO_WRITE和 IO_READ 兩個(gè)串口操作指令函數(shù)[5]，編寫通訊程序，完成對(duì)從站流量計(jì)流量信息的讀寫。

IO_WRITE 發(fā)送指令，功能是將數(shù)據(jù)寫至流量計(jì)串口，格式如下。

IO_WRITE ([p:EXT_SIO]，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址，發(fā)送字節(jié)數(shù))IO_READ 接收指令，功能是從流量計(jì)串口中讀取已接收的數(shù)據(jù)，格式如下。

IO_READ ([p:EXT_SIO]，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址，接收字節(jié)數(shù))

2.2.3 主站通訊程序編寫

本文給出如下編寫的 RCFR 和 WSFD 指令的通訊程序腳本，實(shí)現(xiàn)在主站觸摸屏上設(shè)定從站流量計(jì)的設(shè)定值，并實(shí)時(shí)讀取從站流量計(jì)的瞬時(shí)流量值的功能。

if([b:[#INTERNAL]USR0000000])

{  //檢測(cè)位開關(guān)發(fā)送設(shè)定值指令是否為 ON；如果為 ON，清除位開關(guān)發(fā)送設(shè)定值,使其為 OFFclear([b:[#INTERNAL]USR0000000])// 發(fā)送流量設(shè)定值,發(fā)送指令: @ 0 0 1 W S F D 設(shè)定值校驗(yàn)碼 CR

// (對(duì)應(yīng) ASCII 碼) 40H 30H 30H 31H 57H 53H 46H 44H 設(shè)定值 校驗(yàn)碼 ODH

//校驗(yàn)碼計(jì)算 校驗(yàn)和 & 0x00ff 得到低 8 位

[t:0010]=0x40+0x30+0x30+0x31+0x57+0x53+0x46+0x44+[w:[#INTERNAL]USR00002]

[t:0011]=[t:0010]&0x00ff

[w:[#INTERNAL]USR00003]=0x40

[w:[#INTERNAL]USR00004]=0x30

[w:[#INTERNAL]USR00005]=0x30

[w:[#INTERNAL]USR00006]=0x31

[w:[#INTERNAL]USR00007]=0x57

[w:[#INTERNAL]USR00008]=0x53

[w:[#INTERNAL]USR00009]=0x46

[w:[#INTERNAL]USR00010]=0x44

[w:[#INTERNAL]USR00011]=[w:[#INTERNAL]USR00002]//畫面輸入的設(shè)定值

[w:[#INTERNAL]USR00012]=[t:0011]

[w:[#INTERNAL]USR00013]=0x0D

//從數(shù)據(jù)緩沖器到內(nèi)部寄存器函數(shù)

//_dlcopy ([復(fù)制目標(biāo)地址]、復(fù)制源數(shù)據(jù)緩沖器、復(fù)制源偏移值、復(fù)制字符數(shù))

_ldcopy(databuf0, [w:[#INTERNAL]USR00003], 11)

//將數(shù)據(jù)寫至流量計(jì)串口時(shí)，采用發(fā)送指令

IO_WRITE_EX([p:EXT_SIO], databuf0, 11)}

Endif

//接收流量瞬時(shí)值

//（1）發(fā)出讀瞬時(shí)流量指令 @ 0 0 1 R C F R 校驗(yàn)碼 CR// (對(duì)應(yīng) ASCII 碼) 40H 30H 30H 31H 52H 43H 46H 52H 校驗(yàn)碼 0DH

//校驗(yàn)碼計(jì)算,校驗(yàn)和 & 0x00ff 得到低 8 位

[t:0012]=0x40+0x30+0x30+0x31+0x52+0x43+0x46+0x52

[t:0013]=[t:0010]&0x00ff

[w:[#INTERNAL]USR00014]=0x40

[w:[#INTERNAL]USR00015]=0x30

[w:[#INTERNAL]USR00016]=0x30

[w:[#INTERNAL]USR00017]=0x31

[w:[#INTERNAL]USR00018]=0x52

[w:[#INTERNAL]USR00019]=0x43

[w:[#INTERNAL]USR00020]=0x46

[w:[#INTERNAL]USR00021]=0x52

[w:[#INTERNAL]USR00022]=[t:0013]

[w:[#INTERNAL]USR00023]=0x0D

_ldcopy(databuf1, [w:[#INTERNAL]USR00014], 10)IO_WRITE_EX([p:EXT_SIO], databuf1, 10)

//（2）接收返回的瞬時(shí)流量值

// 指令：% 0 0 1 R C F R O K 瞬時(shí)流量值 校驗(yàn)碼 CR

// (對(duì)應(yīng) ASCII 碼): 25H 30H 30H 31H 52H 43H 46H 52H

4FH 4BH 瞬時(shí)流量值 校驗(yàn)碼 ODH

//當(dāng)從流量計(jì)串口中讀取已接收數(shù)據(jù)時(shí)，采用接收指令I(lǐng)O_READ_EX([p:EXT_SIO], databuf2, 13)

_dlcopy([w:[#INTERNAL]USR00024], databuf2, 0, 13)// [w:[#INTERNAL]USR00034] 里面 存儲(chǔ)的是 返回的瞬時(shí)流量值。

Kojima 公司的 DF 系列氣體質(zhì)量流量計(jì)一共支持 32 種通訊指令，每種指令的報(bào)文格式不同，根據(jù)它們的報(bào)文格式，參照如上 RCFR 和 WSFD 指令的通訊程序，可以在主站中實(shí)現(xiàn)全部 32 中通訊指令，從而可以讀寫流量計(jì)中各種各樣的數(shù)據(jù)信息。

3.結(jié)論

RS485 是工業(yè)數(shù)據(jù)總線的一種，是自動(dòng)化領(lǐng)域中底層數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，流量計(jì)具有 RS485 串口通訊使得上位系統(tǒng)可以方便的編寫通訊程序，用數(shù)字通信替代了傳統(tǒng)的模擬信號(hào)及普通開關(guān)量信號(hào)的傳輸，高效便捷的連接了智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)，將流量計(jì)量和智能制造緊密的連接了起來。