工业仪表远程数据采集开发与应用

工业仪表远程数据采集开发与应用

摘要：针对现代工业生产中，生产设备分散与控制监视不便以及传输距离远的特点，采用典型的RS485总线网络设计，构成仪表远程数据采集的系统框架，通过主从设备通讯的上位机串口编程，实现了Windows下单台上位机（工业PC机）与多台智能仪表的串行通信网络化,达到对分散设备的数据采集和集中控制管理目的。

关键词：RS485总线、智能仪表、数据采集系统

1. 引言

在现代工业生产领域中，物资、储料的监测设备分布在现场的各个场所,而对设备的监视和测控非常不便。传统的数据采集系统达到实时处理时以牺牲速读为代价的，这显然与实时处理和高速性兼具的要求矛盾。从实时性，远程可控性，集中管理的目标出发，引入远程数据采集系统（Remote data acquisition system），远程数据采集系统有着自身的特点：首先，为了精确和全方位获取环境信息，系统一般要提供多个采集通道进行高速采样；其次，为方便用户随时了解系统的运行状况，系统在高速采样的同时，必须能以异步接受和处理控制站的命令、传输用户所需数据；另外，系统可以将用户接口和采集任务分开，使采集系统在保证吞吐率和实时性的同时能处理用户输入或来自控制站的传输命令。

2. 数据通讯及系统结构

随着智能仪表通讯技术的不断发展，当今的测控及计量仪表大多带有标准的接口。 Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间均可以通信。它已经成为一种通用工业标准，鉴于现场总线模式，通过Modbus协议网络可以将不同厂商的智能仪表（控制设备）连成工业网络,进行集中监控和管理。

采用标准的Modbus通讯协议，RS-485总线技术方式，实现主从通讯。RS485接口是两线制总线式拓扑结构组成的半双工网络，按照RS485电气特性，在同一总线上一般可挂接32个节点。将工业PC机的串行接口通过通讯器模块（RS232转RS485接口）与智能仪表相连接,一般每台智能仪表作为从设备被赋予不同的通讯地址码用以识别各自的身份，这样上位机作为主设备可与RS485总线网络上的任何一台从设备进行通讯。阻抗匹配时，传输距离可达1200米，实现对从设备的远程数据采集与管理。数据通讯前，按照协议的规定，定义通讯的波特率（大多为9600bps）、起始位（1位）、数据位（8位）、奇偶校验位（1位）、停止位（1位）等格式位，每台智能仪表被赋予总线网络上唯一的地址,上位机作为主设备监视和控制从设备（智能仪表）的运行，可采用主设备轮询,从设备应答的方式，主设备也可以单独对某台从设备发送命令帧,从设备接收到命令后，则根据命令帧中的特征字(命令字),回应主设备所需的数据帧。图1 为系统拓扑结构。