Modbus协议在皮带秤计量系统中的应用

邹剑峰

摘 要：与传统的皮带秤称重仪表电流传递积分方式计量或皮带秤称重仪表脉冲累积传递计量相比，直接读取皮带秤称重仪表中的计量数据可以保证数据的准确性。简要介绍了直接读取称重仪表计量数据所使用的协议和编程方法，建立了皮带秤称重仪表数据采集系统，该系统简单、实用，具有很强的移植性。

关键词：皮带秤；称重仪表；Modbus通讯协议；串口通讯；串口服务器

中图分类号：TN98 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）04-0123-03

重钢股份公司下属的铁前各工序，比如物运、焦化、烧结、球团、炼铁都是采用皮带秤计量作为各工序成本核算的依据。为了保证计量数据的准确性，同时又基于硬件、软件投资利润率和性能价格比的考虑，对各工序皮带秤计量建立了一个数据采集网络，通过Modbus通讯协议直接读取各称重仪表数据，完成各种物资重量数据采集，生成计量报表。通过该系统可以实现各工序原料、产量的准确计量，满足工序成本核算的需要，为优化各工序生产提供数据支持。同时，对各工序皮带秤要安装视频监视，为计量数据提供视频依据。

1 网络配置

钢铁生产线铁前生产工艺包括物流储运、焦化、烧结、球团和炼铁工序。矿石、原辅料的转运和烧结矿、球团矿、焦炭、焦末等的转运都要通过皮带秤计量，核算各工序的生产成本。由于各工序区域分散，皮带秤安装位置分散，要保证工作效率就需要建立一个计量数据采集网络。该网络采用主从式点对点的通讯方式，由18台皮带秤称重仪表（比如BW500）和1台PC机构成。根据皮带秤安装位置，将网络上的18台设备分成了3条RS485总线，每条RS485总线分别接入串口服务器，串口服务器的RJ45接口通过双绞线与上位机网卡相连。上位机编程采用Modbus通讯协议直接读取称重仪表中的数据，采集后将数据送入计量管理系统。同时，现场视频通过数据光端机将视频信号传入视频编码器，远传后，通过解码器显示出来。数据采集原理如图1所示。皮带秤计量系统网络连接如图2所示。

2 系统功能

该系统针对钢铁行业铁前工序皮带秤建立了一套数据采集网络，上位机通过Modbus RTU 协议读取各条RS485总线上的皮带秤称重仪表中的计量数据，并及时将读取的计量数据传递给计量管理系统，生成计量报表，同时，通过实时计量数据，可以对皮带秤的运行状况进行有效监控，及时发现设备故障及时处理，为计量数据的准确性提供了保障。该方式与传统的皮带秤计量统计方式相比，保证了计量数据的准确性。传统皮带秤计量，其中一种方式是通过称重仪表将重量信号转换成电流信号送进PLC模板，通过积分计算出计量数据；另一种方式是通过皮带秤称重仪表脉冲信号的累积计量数据。由于第一种方式没有考虑补偿因素，其误差较大；第二种方式受称重仪表到PLC距离的限制，距离太远时，传递的计量数据存在较大的误差，而该系统通过直接读取称重仪表上的计量数据，可以保证计量数据的准确性。

铁前工序皮带秤安装位置分散，系统根据皮带秤的分布情况，建立了3条RS485总线，分别接入串口服务器，完成串口在PC机中的映射，实现RS485到RS232的转换。实际读数时，对3个串口所挂设备分别读数。在串行通讯中，主要是借助VB开发平台下的MSComm，Timer控件来实现，计量画面如图3所示。

3 Modbus通讯协议对系统功能的实现

Modbus通讯协议采用主从工作方式，允许1台主机和多台从机通信。每台从机地址由用户设定，地址范围为1～255. 通信采用命令/应答方式，每一种命令帧对应一个应答帧。命令帧由主机发出，所有从机都将收到报文，但只有被寻址的从机才会响应相应命令，返回相应的应答帧。图4是一个完整的主从查询—回应周期。如果报文中寻址地址为0，则被视为全局广播，所有从机都把它当一条命令执行，不返回应答帧。

3.1 Modbus通讯协议

Modbus通讯协议有两种传送方式，RTU方式和ASCII方式。

ASCII模式：当控制器或智能仪表在Modbus网络上以ASCII模式通信，在消息中的每八比特字节将作为2个ASCII字符被发送。这种传送方式的主要优点是字符发送时间间隔可达到1 s，而不发生错误。

RTU模式：当控制器或智能仪表在Modbus网络上以RTU模式通信，在消息中的每八比特字节包含2个4 bit的十六进制字符。这种传送方式的主要优点是相对于ASCII模式，RTU模式表达相同的信息需要较少的位数，且在相同通讯速率下具有更大的数据流量。在通常情况下，一般工业智能仪表都是采用RTU模式的Modbus规约。本文所使用的称重仪表BW500、ICS-300 均支持Modbus RTU通讯模式。

3.2 Modbus RTU消息帧格式

使用RTU模式时，消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始（如图5中的T1—T2—T3—T4所示）。传输的第一个域是设备地址，可以使用的传输字符是十六进制的0～9，A～F。网络设备不断侦测网络总线，当接收到第一个域（地址域），每个设备都将进行解码，以判断是否是发给自己的。在最后一个字符传输之后，一个至少3.5个字符时间的停顿标定了消息的结束，一个新的消息可在此停顿后开始，整个消息帧必须作为连续的流传输。如果在帧完成之前有超过3.5个字符时间的停顿时间，接收设备将刷新不完整的消息，并假定下一字节是一个新消息的地址域。同样地，如果一个新消息在小于3.5个字符时间内接着前一消息开始，接收的设备将认为它是前一消息的延续。这将会导致一个错误，因为在最后的CRC 域的值不可能是正确的。典型的RTU模式的消息结构如图5所示。

4 结束语

在该数据采集系统中，共18台皮带秤称重仪表。根据皮带秤的分布情况，将18台设备分别挂在了3条RS485总线上，每条RS485总线分别接入串口服务器。通过串口映射，软件中使用了3个串口COM1，COM2，COM3分别对3个串口编写通讯程序读取数据，所选用的传输波特率为9 600 bps，在PC机上每隔1 s更新一次。在实际通讯过程中，可根据工业现场具体情况调整传输波特率和轮巡周期。

本文中介绍的通信软件已被应用于皮带秤计量系统中，实践证明，该系统能够正常运行，上位机与下位机的通信稳定可靠，软件使用方便，保证了计量数据的准确性，实现了皮带秤的远程无人值守计量，为公司各工序成本核算提供了准确的数据。

参考文献

[1]范逸之，陈立元.Visual Basic与RS—232串行通信控制[M].北京：清华大学出版社，2002.

[2]李喜东，刘涛，刘刚. Modbus—RTU串行通信协议在工业现场的应用[J].自动化技术与应用，2005，24（7）：37-40.

[3]刘瑞新，李树东，万朝阳.Visual Basic 程序设计教程[M].北京：电子工业出版社，2000.

〔编辑：白洁〕

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：与传统的皮带秤称重仪表电流传递积分方式计量或皮带秤称重仪表脉冲累积传递计量相比，直接读取皮带秤称重仪表中的计量数据可以保证数据的准确性。简要介绍了直接读取称重仪表计量数据所使用的协议和编程方法，建立了皮带秤称重仪表数据采集系统，该系统简单、实用，具有很强的移植性。

关键词：皮带秤；称重仪表；Modbus通讯协议；串口通讯；串口服务器

中图分类号：TN98 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）04-0123-03

重钢股份公司下属的铁前各工序，比如物运、焦化、烧结、球团、炼铁都是采用皮带秤计量作为各工序成本核算的依据。为了保证计量数据的准确性，同时又基于硬件、软件投资利润率和性能价格比的考虑，对各工序皮带秤计量建立了一个数据采集网络，通过Modbus通讯协议直接读取各称重仪表数据，完成各种物资重量数据采集，生成计量报表。通过该系统可以实现各工序原料、产量的准确计量，满足工序成本核算的需要，为优化各工序生产提供数据支持。同时，对各工序皮带秤要安装视频监视，为计量数据提供视频依据。

1 网络配置

钢铁生产线铁前生产工艺包括物流储运、焦化、烧结、球团和炼铁工序。矿石、原辅料的转运和烧结矿、球团矿、焦炭、焦末等的转运都要通过皮带秤计量，核算各工序的生产成本。由于各工序区域分散，皮带秤安装位置分散，要保证工作效率就需要建立一个计量数据采集网络。该网络采用主从式点对点的通讯方式，由18台皮带秤称重仪表（比如BW500）和1台PC机构成。根据皮带秤安装位置，将网络上的18台设备分成了3条RS485总线，每条RS485总线分别接入串口服务器，串口服务器的RJ45接口通过双绞线与上位机网卡相连。上位机编程采用Modbus通讯协议直接读取称重仪表中的数据，采集后将数据送入计量管理系统。同时，现场视频通过数据光端机将视频信号传入视频编码器，远传后，通过解码器显示出来。数据采集原理如图1所示。皮带秤计量系统网络连接如图2所示。

2 系统功能

该系统针对钢铁行业铁前工序皮带秤建立了一套数据采集网络，上位机通过Modbus RTU 协议读取各条RS485总线上的皮带秤称重仪表中的计量数据，并及时将读取的计量数据传递给计量管理系统，生成计量报表，同时，通过实时计量数据，可以对皮带秤的运行状况进行有效监控，及时发现设备故障及时处理，为计量数据的准确性提供了保障。该方式与传统的皮带秤计量统计方式相比，保证了计量数据的准确性。传统皮带秤计量，其中一种方式是通过称重仪表将重量信号转换成电流信号送进PLC模板，通过积分计算出计量数据；另一种方式是通过皮带秤称重仪表脉冲信号的累积计量数据。由于第一种方式没有考虑补偿因素，其误差较大；第二种方式受称重仪表到PLC距离的限制，距离太远时，传递的计量数据存在较大的误差，而该系统通过直接读取称重仪表上的计量数据，可以保证计量数据的准确性。

铁前工序皮带秤安装位置分散，系统根据皮带秤的分布情况，建立了3条RS485总线，分别接入串口服务器，完成串口在PC机中的映射，实现RS485到RS232的转换。实际读数时，对3个串口所挂设备分别读数。在串行通讯中，主要是借助VB开发平台下的MSComm，Timer控件来实现，计量画面如图3所示。

3 Modbus通讯协议对系统功能的实现

Modbus通讯协议采用主从工作方式，允许1台主机和多台从机通信。每台从机地址由用户设定，地址范围为1～255. 通信采用命令/应答方式，每一种命令帧对应一个应答帧。命令帧由主机发出，所有从机都将收到报文，但只有被寻址的从机才会响应相应命令，返回相应的应答帧。图4是一个完整的主从查询—回应周期。如果报文中寻址地址为0，则被视为全局广播，所有从机都把它当一条命令执行，不返回应答帧。

3.1 Modbus通讯协议

Modbus通讯协议有两种传送方式，RTU方式和ASCII方式。

ASCII模式：当控制器或智能仪表在Modbus网络上以ASCII模式通信，在消息中的每八比特字节将作为2个ASCII字符被发送。这种传送方式的主要优点是字符发送时间间隔可达到1 s，而不发生错误。

RTU模式：当控制器或智能仪表在Modbus网络上以RTU模式通信，在消息中的每八比特字节包含2个4 bit的十六进制字符。这种传送方式的主要优点是相对于ASCII模式，RTU模式表达相同的信息需要较少的位数，且在相同通讯速率下具有更大的数据流量。在通常情况下，一般工业智能仪表都是采用RTU模式的Modbus规约。本文所使用的称重仪表BW500、ICS-300 均支持Modbus RTU通讯模式。

3.2 Modbus RTU消息帧格式

使用RTU模式时，消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始（如图5中的T1—T2—T3—T4所示）。传输的第一个域是设备地址，可以使用的传输字符是十六进制的0～9，A～F。网络设备不断侦测网络总线，当接收到第一个域（地址域），每个设备都将进行解码，以判断是否是发给自己的。在最后一个字符传输之后，一个至少3.5个字符时间的停顿标定了消息的结束，一个新的消息可在此停顿后开始，整个消息帧必须作为连续的流传输。如果在帧完成之前有超过3.5个字符时间的停顿时间，接收设备将刷新不完整的消息，并假定下一字节是一个新消息的地址域。同样地，如果一个新消息在小于3.5个字符时间内接着前一消息开始，接收的设备将认为它是前一消息的延续。这将会导致一个错误，因为在最后的CRC 域的值不可能是正确的。典型的RTU模式的消息结构如图5所示。

4 结束语

在该数据采集系统中，共18台皮带秤称重仪表。根据皮带秤的分布情况，将18台设备分别挂在了3条RS485总线上，每条RS485总线分别接入串口服务器。通过串口映射，软件中使用了3个串口COM1，COM2，COM3分别对3个串口编写通讯程序读取数据，所选用的传输波特率为9 600 bps，在PC机上每隔1 s更新一次。在实际通讯过程中，可根据工业现场具体情况调整传输波特率和轮巡周期。

本文中介绍的通信软件已被应用于皮带秤计量系统中，实践证明，该系统能够正常运行，上位机与下位机的通信稳定可靠，软件使用方便，保证了计量数据的准确性，实现了皮带秤的远程无人值守计量，为公司各工序成本核算提供了准确的数据。

参考文献

[1]范逸之，陈立元.Visual Basic与RS—232串行通信控制[M].北京：清华大学出版社，2002.

[2]李喜东，刘涛，刘刚. Modbus—RTU串行通信协议在工业现场的应用[J].自动化技术与应用，2005，24（7）：37-40.

[3]刘瑞新，李树东，万朝阳.Visual Basic 程序设计教程[M].北京：电子工业出版社，2000.

〔编辑：白洁〕

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：与传统的皮带秤称重仪表电流传递积分方式计量或皮带秤称重仪表脉冲累积传递计量相比，直接读取皮带秤称重仪表中的计量数据可以保证数据的准确性。简要介绍了直接读取称重仪表计量数据所使用的协议和编程方法，建立了皮带秤称重仪表数据采集系统，该系统简单、实用，具有很强的移植性。

关键词：皮带秤；称重仪表；Modbus通讯协议；串口通讯；串口服务器

中图分类号：TN98 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）04-0123-03

重钢股份公司下属的铁前各工序，比如物运、焦化、烧结、球团、炼铁都是采用皮带秤计量作为各工序成本核算的依据。为了保证计量数据的准确性，同时又基于硬件、软件投资利润率和性能价格比的考虑，对各工序皮带秤计量建立了一个数据采集网络，通过Modbus通讯协议直接读取各称重仪表数据，完成各种物资重量数据采集，生成计量报表。通过该系统可以实现各工序原料、产量的准确计量，满足工序成本核算的需要，为优化各工序生产提供数据支持。同时，对各工序皮带秤要安装视频监视，为计量数据提供视频依据。

1 网络配置

钢铁生产线铁前生产工艺包括物流储运、焦化、烧结、球团和炼铁工序。矿石、原辅料的转运和烧结矿、球团矿、焦炭、焦末等的转运都要通过皮带秤计量，核算各工序的生产成本。由于各工序区域分散，皮带秤安装位置分散，要保证工作效率就需要建立一个计量数据采集网络。该网络采用主从式点对点的通讯方式，由18台皮带秤称重仪表（比如BW500）和1台PC机构成。根据皮带秤安装位置，将网络上的18台设备分成了3条RS485总线，每条RS485总线分别接入串口服务器，串口服务器的RJ45接口通过双绞线与上位机网卡相连。上位机编程采用Modbus通讯协议直接读取称重仪表中的数据，采集后将数据送入计量管理系统。同时，现场视频通过数据光端机将视频信号传入视频编码器，远传后，通过解码器显示出来。数据采集原理如图1所示。皮带秤计量系统网络连接如图2所示。

2 系统功能

该系统针对钢铁行业铁前工序皮带秤建立了一套数据采集网络，上位机通过Modbus RTU 协议读取各条RS485总线上的皮带秤称重仪表中的计量数据，并及时将读取的计量数据传递给计量管理系统，生成计量报表，同时，通过实时计量数据，可以对皮带秤的运行状况进行有效监控，及时发现设备故障及时处理，为计量数据的准确性提供了保障。该方式与传统的皮带秤计量统计方式相比，保证了计量数据的准确性。传统皮带秤计量，其中一种方式是通过称重仪表将重量信号转换成电流信号送进PLC模板，通过积分计算出计量数据；另一种方式是通过皮带秤称重仪表脉冲信号的累积计量数据。由于第一种方式没有考虑补偿因素，其误差较大；第二种方式受称重仪表到PLC距离的限制，距离太远时，传递的计量数据存在较大的误差，而该系统通过直接读取称重仪表上的计量数据，可以保证计量数据的准确性。

铁前工序皮带秤安装位置分散，系统根据皮带秤的分布情况，建立了3条RS485总线，分别接入串口服务器，完成串口在PC机中的映射，实现RS485到RS232的转换。实际读数时，对3个串口所挂设备分别读数。在串行通讯中，主要是借助VB开发平台下的MSComm，Timer控件来实现，计量画面如图3所示。

3 Modbus通讯协议对系统功能的实现

Modbus通讯协议采用主从工作方式，允许1台主机和多台从机通信。每台从机地址由用户设定，地址范围为1～255. 通信采用命令/应答方式，每一种命令帧对应一个应答帧。命令帧由主机发出，所有从机都将收到报文，但只有被寻址的从机才会响应相应命令，返回相应的应答帧。图4是一个完整的主从查询—回应周期。如果报文中寻址地址为0，则被视为全局广播，所有从机都把它当一条命令执行，不返回应答帧。

3.1 Modbus通讯协议

Modbus通讯协议有两种传送方式，RTU方式和ASCII方式。

ASCII模式：当控制器或智能仪表在Modbus网络上以ASCII模式通信，在消息中的每八比特字节将作为2个ASCII字符被发送。这种传送方式的主要优点是字符发送时间间隔可达到1 s，而不发生错误。

RTU模式：当控制器或智能仪表在Modbus网络上以RTU模式通信，在消息中的每八比特字节包含2个4 bit的十六进制字符。这种传送方式的主要优点是相对于ASCII模式，RTU模式表达相同的信息需要较少的位数，且在相同通讯速率下具有更大的数据流量。在通常情况下，一般工业智能仪表都是采用RTU模式的Modbus规约。本文所使用的称重仪表BW500、ICS-300 均支持Modbus RTU通讯模式。

3.2 Modbus RTU消息帧格式

使用RTU模式时，消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始（如图5中的T1—T2—T3—T4所示）。传输的第一个域是设备地址，可以使用的传输字符是十六进制的0～9，A～F。网络设备不断侦测网络总线，当接收到第一个域（地址域），每个设备都将进行解码，以判断是否是发给自己的。在最后一个字符传输之后，一个至少3.5个字符时间的停顿标定了消息的结束，一个新的消息可在此停顿后开始，整个消息帧必须作为连续的流传输。如果在帧完成之前有超过3.5个字符时间的停顿时间，接收设备将刷新不完整的消息，并假定下一字节是一个新消息的地址域。同样地，如果一个新消息在小于3.5个字符时间内接着前一消息开始，接收的设备将认为它是前一消息的延续。这将会导致一个错误，因为在最后的CRC 域的值不可能是正确的。典型的RTU模式的消息结构如图5所示。

4 结束语

在该数据采集系统中，共18台皮带秤称重仪表。根据皮带秤的分布情况，将18台设备分别挂在了3条RS485总线上，每条RS485总线分别接入串口服务器。通过串口映射，软件中使用了3个串口COM1，COM2，COM3分别对3个串口编写通讯程序读取数据，所选用的传输波特率为9 600 bps，在PC机上每隔1 s更新一次。在实际通讯过程中，可根据工业现场具体情况调整传输波特率和轮巡周期。

本文中介绍的通信软件已被应用于皮带秤计量系统中，实践证明，该系统能够正常运行，上位机与下位机的通信稳定可靠，软件使用方便，保证了计量数据的准确性，实现了皮带秤的远程无人值守计量，为公司各工序成本核算提供了准确的数据。

参考文献

[1]范逸之，陈立元.Visual Basic与RS—232串行通信控制[M].北京：清华大学出版社，2002.

[2]李喜东，刘涛，刘刚. Modbus—RTU串行通信协议在工业现场的应用[J].自动化技术与应用，2005，24（7）：37-40.

[3]刘瑞新，李树东，万朝阳.Visual Basic 程序设计教程[M].北京：电子工业出版社，2000.

〔编辑：白洁〕

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