[硕士论文精品]ht-3000二氧化氯发生器控制器

山东大学硕士学位论文I|III摘要HT3000二氧化氯发生器自动控制器是专为二氧化氯发生器的电气控制而开发的高新技术产品，该控制器主要是对二氧化氯发生器的反应系统进行温度控制和供料系统进行进料控制。本控制器所配套的二氧化氯发生器，是利用化学法产生二氧化氯气体的设备。这种设备的关键生产工艺就是对反应器进行温度控制，并根据需处理的水流量，进行进料控制，产生与水流量相匹配的二氧化氯气体。HT3000二氧化氯发生器自动控制器的主要功能就是通过利用铠装铂热电阻测量二氧化氯发生器加热水套内水的温度，与设定温度值作比较，实现温度自动控制同时，该控制器还根据测量的水流量对设备供料系统的计量泵进行频率给定，从而控制计量泵的进料频率该控制器对温度的控制方法采用了FUZZYPID控制，实现了升温阶段的快速、超调小的模糊控制的优点，又可在恒温阶段获得PID控制消除稳态误差盼优点另外，该控制器增加了余氯控制环节，通过对消毒后水中的余氯测量反馈，实现了对计量泵的闭环控制。此外，该控制器设计有两种信号远传方式，一种是两路KS485串行通讯接口，采用MODBUS通讯协议，供远程计算机集中监控另一种是开关量信号远传，以各无计算机式的远程监控另外，该控制器还具备缺水、缺料、欠压、故障报警等16种工作状态的监测，显示功能。目前，该样机己研制成功，正在试用阶段关键词；二氧化氯发生器FUZZVP控制余氯控制RS485串行通讯M山东大学硕士学位论文I1T3000龇LOMALICCONTROLLEFIS矗HIGHN鲫TEDMOLOGYPRODU鸭ESPECIALLYDESIGN矗TFORDECTRIECONTROLOFCL02PRODUC瓯THISCONTROLLERMAINLYC幻NTMLSTE呷E阳NLMOFCL02矽ODUCERSREACTOR,ANDCONLROLSFREQUENCYOFMETERINGPUMPSTHECL02PRODUCER诵TLLHT3000孤TOMATICCONTROLLERIS8伽LUIPMEMTHATPRODUCESGASCHEMICALLY,ITSKEYTEDMOLOGYISNN011吨TEMPEN_TUREOFREACTORANDMDIIGCL02INPROL枷叽OFWATERFLOWTL】ROUGHTTING脚CNCYTOMETERINGPUMPSHT3000AUT锄TIENTR01LERHASTWOFOLLOWINGMAINFIMCTIOMONEISAMTOMATICALLY湖TROLLINGTEMPERATLTREOFCL02PRODUC茁SREACTORBYMEASURINGTHEREACTORSWATERTEMPERATURE啦ILLGPTL00TLL锄ORESISTANT舡LDCOMPARINGTHEREFERENCETE功PI。R砒URE，TBE0TH盯ISM甥FREQUENCYTOMETERINGPUMPSBYMEASURINGWATERFLOWTHEMETHOTOFCONTRDTEMPERATUREISFUZZYPID，THISNTROLMETHODNOBTAINTHETLO晰NG丑DVAMAG伪T聊1P盯ATLIRERISINGRAPIDLY,ALLDNCLINFINATESTEADYE仃ORBYPIDCOML心缸恤EMOMENTOFCONSTAIIT细Q翮劬L舱H副TDITION,TLMCOMFON髓IS删LDEAFHNC吐ONTOOBTAINDOSELOOP洲TTROLBYME0啪RMGCL02OONTELLOFSTERILIZ副WATERTO础TROLSURPLUSAGECI胁IRR3000越M删记CCM曲DN盯H勰BEENDESIGNEDTWOWAYSOF3IGNAL仃牡嘲ORTA土IONEIS11S485SERIALCOMMUNICATI，TLLISMRONERHASTWOSERIALPORTSOFRS485，AD删119MODBUSAGREEMEATTHE成JAERSIS协蛐蛐向嘧鸣ONOFFSIGNALFORCOMPUTERATTHENLRNETIME,THISOONTRONER锄ALSOINSPECTANDDISPLAYSIXTEE咀WORKST吐瓯跏CH酗L扯KINGWATER,LKINGMATERIAL,NOTENOUGHPRESSURE,FAILUREALARMINGAND的ON,NOWTHISCONTROLLERHASBEENA】L枷YDESIGNED勰DPRODUCED铀CC伪SFILN弘ITS印仪洒髓NLACHINEISBEI|LGIN缸YOUTMOMENTKEYWORDLCL02PFODUCFUZZYPIDCO曲ROI；姒RPLUSAGECL02CONTROL；ITS485剐RIALM咖NIC捌DA血附件一原创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名亟逊日期丝苎坦关于学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。保密论文在解密后应遵守此规定论文作者签名避导师签名山东大学硕士学位论文第1章绪论1，1应用背景水，在我们的生活中占据着非常重要的作用，尤其是我国是水资源短缺和污染比较严重的国家之一，从全国情况看，目前城市缺水严重，已造成严重的经济损失和社会环境闯题。缺水城市分布将由目前集中在三北华北、东北、西北地区及东部沿海城市逐渐向全国蔓延。节约用水、治理污水和开发新水源具有同等重要的意义大力发展水处理化学品对节约用水、治理污水起着重要的作用。二氧化氯C10Z是一种水溶性的强氧化剂，其氧化能力是氯气的26倍。它不仅具有高效性广泛的杀菌能力，还具有灭藻、剥泥、防腐、抗霉、保鲜、除臭、氧化和漂白、脱色等多方面的功能。同时，使用二氧化氯处理的水中不会产生通常用氯气消毒时易形成的致诱变和致癌的三卤甲烷T珊S，其安全性被世界卫生组织列为A1级，二氧化氯已成为国际上公认的氯系消毒剂最理想的更新换代产品，被欧美国家推崇为第四代消毒剂。二氧化氯的应用领域也越来越广阔目前二氧化氯越来越广泛地用于城市污永，电厂循环水、油田回注水，医院污水、工业废水等领域及各行各业和人们生活中的方方面面，可以说社会和经济的发展及人民生活质量的提高，离不开二氧化氯的贡献。经过不到十年的时间，全国目前生产销售二氧化氯的企事业大大小小有上百家之多，其市场覆盖面广、销售额之高是九十年代初艰难开拓这一市场的人们所始料不及的。山大华特公司是国内最早研制开发也是国内规模最大的化学法CLOB发生器专业制造企业，在国内CL倪及水处理行业享有较高的知名度，年C10B发生器生产能力达到1500台套该产品采用化学法负压曝气工艺，以氯酸钠和盐酸为原料制备以二氧化氯为主、氯气为辅的混合消毒液，可广泛用于饮用水、游泳池水、医院污水的消毒；工业循环冷却水杀菌灭藻；工业废水脱色、除臭或去除还原性污染成分二氧化氯发生器主要由供料系统、反应系统、控制系统、真空吸收系统、安全系统等部分组成。其中控制系统是二氧化氯发生器的山东大学硕士学位论文皇詈皇皇曼皇暑詈皇曼量曼皇皇鼍昌曼烹薯詈IJ,毫皇曼詈曼毫核心电气控制部分，晶前国内还没有专业的生产企业进行开发生产，也没有专门的技术文献。济南金曼克电器有限公司自90年代开始一直致力于于式变压器温度控制器的设计生产，该公司与1998年开始与山大华特公司合作开发二氧化氯发生器控制系统，是山大华特公司的专业配套伙伴，先后成功研制出华特908、华特99，华特2000等系列产品，深受用户好评。12二氧化氯发生器控制器简介金曼克公司研发成功的二氧化氯发生器控制器系列产品，主要用于控制二氧化氯发生器的供料系统和反应系统。该控制器利用铠装铂热电阻测量二氧化氯发生器加热水套内水的温度，与设定温度值作比较，自动控制加热器迸行温度控制，保证水套内的温度稳定在某一范围内。控制器对供料系统的控制主要是对计量泵进行频率给定，通过手动或设定频率对计量泵进行控制。另外，控制器还具有缺料报警、水压欠压报警并自动关闭计量泵功能。13控制系统面临的问题随着市场要求的不断提高和二氧化氯控制器的更新换代，原有的控制器越来越不能满足当前的要求。主要表现在以下几个方面1、不对称性加热器通过加热管加热，而冷却依靠自然冷却，因而升温与降温过程表现出截然不同的动态特性，这就要求在控制策略上也具有相应的不对称性；圆、温度特性由于热传递与绝对温度有关，因而加热器的特性也随温度变化而变化。如热辐射与绝对温度成平方关系，这使得高温时的加热器热传递快，从控制特性上表现为加热器的时间常数、纯滞后时间减小。、扰动特性；加热器所受的干扰因素多，且干扰量大电热管的发热功率就会发生较大的波动。4、计量泵的频率设定是通过检测流量给定，但地区不同，水质不同，需要的二氧化氯不同，固定的二氧化氯含量容易产生过氯、欠氯等现象固、随着计算机的大力普及，与计算机联网，组成集中监控系统，实现远程控2山东大学硕士学位论文制也变得极其现实和必要。6、随着二氧化氯发生器不断推出新机型，也要求配套产品在结构、外观等方面与之同步前进，因此无论从功能、外观等方面都面临着一次较大的改进。14HT3000二氯化氯发生器控聱J器作为更新换代产品，二氧化氯发生器控制器在温度控制、计量泵控制、远程通讯、显示等方面均作较大的改进，可以说与原来的产品几乎不可同目而语。温度自控部分利用铠装铂热电阻测量二氧化氯发生器水套内水的温度，采用FUZZYPID控制方法实现温度控制，既可在升温阶段获得侠遽，超调小的模糊控制的优点，又可在但温阶段获得PID控制消除稳态误差的优点在抑制和消除干扰方面，模糊控制和PID控制在各自的控制区域内都能充分发挥各自的优势。余氯自控功能；利用余氯传感器测量消毒后水的余氯值，与设定的余氯值作比较，控制计量泵的原科投加，进而控制出厂水的余氯值，能实现余氯的自控功能。余氯的控制具有多种方式可控选择。手动控制，反馈余氯控制、前馈流量比例控制、复合余氯、流量复合控制。HT3000二氧化氯发生器控制器具有余氯测控精确，抗干扰能力强、可靠性高等特点。计量泵的开关；可以由本地按键、远程无源触点、MODBUS串行通讯三种方式控制。当出现缺氯酸钠报警、缺盐酸报警，水压欠压报警时自动关闭计量泵，同时发出声光报警；当报警信号解除后延时8秒钟恢复报警前的启停状态，防止因频繁开关丽损坏计量泵计量泵氯酸钠泵和盐酸泵的频率给定，可以由手动设定、余氯自动控制、MODBUS串行通讯三种方式控制。如果用户选择了自动面现场无420MA水流量和余氯信号，控制器自动切换为手动频率输出串行通讯该产品具有两路RS485串行通讯接口，采用标准MODBUS通讯协议，可以与计算机组成集中监控系统，上位机可以读取控制器的工作状态及采样值，也可以直接控制计量泵的启停、手动自动切换、本地远程切换，并可以设定计量泵频率设定值。该产品自动化程度高，提高了水处理设备的可靠性、安全性。山东大学硕士学位论文显示部分采用了大屏幕蓝屏液晶显示器，而工作状态指示灯更是达到了16个之多，各个工作数据和工作状态一目了然，用户界面友好直观液晶显示器上电后，以工艺流程图的样式显示温度、流量、余氯、频率值，当出现缺水、欠压、缺氯酸钠、缺盐酸等故障状态时，阱中文闪烁显示故障的名称，便于操作员监测。外围回路的配置充分考虑到各种信号的采集，控制部分的保护，运行及各种故障的分类显示。控制器对温度、水压力大小、余氯、流量选用能实时监控；超温、缺水、缺料、欠水压、热电阻断路、短路、余氯传感器测量等故障一目了然。适应计算机中控系统对设备工况监控的要求，控制器具有泵电源信号输出、延时停泵、控制信号输出、加热信号输出、泵启停信号输出、报警信号输出、欠水压信号输出、缺料信号输出、测量故障输出、超温信号输出，温度远传显示；能够接受420MA标准信号的输入，并可调整控频上、下限；标准信号中断后，可灵活调为手动调节计量泵频率。4山东大学硕士学位论文II第2章HT3000二氧化氯发生器控制器的方案设计21HT3000二氧化氯发生器控制器的控制要求该控制器是二氧化氯发生器的核心控制部分，对发生器的反应系统、加料系统进行控制常见二氧化氯发生器的工艺流程框图如下图21所示。；象璇麴砌麓，图21根据工艺流程框图，我们可以看出二氧化氯发生器的工作原理如下根据化学知识，我们可以看出这种二氧化氯发生器采用的是化学法，由化学反应方程式NACL032HCINACLC10JI2C12H20可知，由计量泵将氯酸钠水溶液与盐酸溶液按一定比例输入到反应器中，在一定温度和负压条件下进行充分反应，产出以二氧化氯为主、氯气为辅的消毒气体，经水射器吸收与水充分混合形成消毒液后，通入被消毒水中设备能否高效安全运行，除了反应器自身材料的耐高温，耐强腐蚀，采用可靠的内外部自动泄压安全系统等辅助措施外，这里的关键环节就是氯酸钠、盐酸的进料控制和反应器的温度控制。控制器的主要功能就是给定适合的频率，控制两种进料泵的进料比例同时，温度控制环节采取FUZZYPID控制，具有测控温精确，抗干扰能力强、可靠性高等特点由工艺流程框图，我们还可看出，系统中增加了余氯测控环节，由余氯传山东大学硕士学位论文感器测量水槽中的氯气浓度，并反馈到控制器，由控制器调整进料泵的进料频率，从而达到闭环控制，保证了进料计量精度。因此，控制器应实现以下四大功能温度自动控制、计量泵启停控制、无源触点开关量输出、开关量输入22H卜3000二氧化氯发生器控制器的组成与工作原理HT3000二氧化氯发生器控制器原理框图如下页图22所示。该控制器采用AT砸GAL28L8PI单片机作为中央处理器，利用铠装式PTL00铂热电阻对反应器水套内的温度进行检测，并经过前置放大、线性补偿和AD转换后，送入中央处理单元，与设定温度值用户可自行设定进行比较后，自动控制加热器进行FUZZYPID温度控制，加热输出采用固态继电器输出方式。控制器对计量泵的控制是通过对前馈环节流量信号和反馈环节余氯信号进行检测，并经转换与放大后送中央处理器进行处理。通过流量传感器可以检测水的流量值，并经流量变送器将流量值转换为420MA的电流信号，经控制器进行电压转换送中央处理器。余氯传感器可以对水槽内的氯气含量进行检测，并经二氧化氯测试仪进行转换为420MA标准信号，送本控制器进行电压转换送中央处理器。此外，控制器通过对储藏罐内的氯酸钠溶液、盐酸溶液进行检测，对水套内的水压进行检测，对远程信号进行检测，将这些检测信号送中央处理器后，进行显示，并根据信号情况对输出进行控制。当发现有缺料氯酸钠、盐酸、缺水、欠压等情况时，控制器自动停止计量泵工作，并停止加热控制器采用大屏幕蓝屏液晶显示器，并有16个状态指示灯，各个工作数据和工作状态一目了然，用户界面友好直观，液晶显示器上电后，以工艺流程图的样式显示温度、流量、余氯、频率值，当出现缺水、欠压，缺氯酸钠、缺盐6山东大学硕士学位论文氯酸钠泵盐酸泵图22酸等故障状态时，以中文闪烁显示故障的名称，便于操作员监测液晶显示器的显示页面示意图如图23所示7图2323HT3000二氧化氯发生器控制器的性能指标工作温度；OC“50相对湿度952512工作电源AC220V土15，50LZ温控器功耗小于201。显示方式大屏幕液晶显示温度值、流量值、余氯值、频率值发光二极管状态显示温度测量范围0100温度显示分辨率OIC温度测量精度；1级控温范围T。O5“CT。出厂预设值；80“0报警温度T203T2出厂预设值；82控温方式FUZZYPID控制加热管额定功率5000W流量输入信号420MA流量显示；001000单位；，对应420MA流量显示分辨率01流量测量精度1级8山东大学硕士学位论文流量输入4MA时自动输出频率值L30次分钟可调出厂预设值；1流量输入20柚A时自动输出频率值40180次分钟可调出厂预设值180余氯输入信号420MA余氯显示；0OO200单位PPM，对应420MA余氯显示分辨率；001PPM余氯测量精度1级余氯自动控制方式前馈流量比例控制、反馈余氯控制、复合余氯、流量复合控制出厂预设为复合控制余氯设定值设定范围010200PPM出厂预设值；050PPM手动设定计量泵频率范围1180次分钟计量泵频率输出范围；1180次分钟计量泵额定峰值功率220W计量泵保险管5A串行通讯物理接口两路RS485通讯协议MODBUSKRU串口从机模式本机地址1247可调出厂预设值；1、2通讯波特率；24、48、96、192KBPS可选出厂预设值96KBPS数据位8位奇偶校验；无、奇校验、偶校验可选出厂预设值偶校验停止位T、2位可选出厂预设值1位工作状态无源触点输出4路本地，远程，手动，自动，运行，总报警无源触点输出额定电压AC220V或DC28V无源触点输出额定电流1A远程启停计量泵开关量输入容量要求1C28V0IA要求用户提供无源触点24HT3000二氧化氯发生器控制器的结构设计由于本控制器是配套产品，在设计时便充分考虑到使用的环境特殊性以9山东大学硕士学位论文及与主机的兼容性由于控制器的安装使用环境湿度高，腐蚀性气体多，内部电路板经过喷涂三防绝缘漆处理，外接输入、输出信号一律采用镀金航空插头，机壳内外部充分密封本机采用的是自行设计的喷塑铁外壳，外壳为方形，尺寸为200X250X180，安装方式为嵌入式。在安装时，将机壳推入二氧化氯发生器主机的上方安装孔内，将两个固定支架分别垂直套入控制器本体后部的螺柱上，再将四个蝶形螺母分别拧到螺柱上并拧紧，控制器本体的安装完成。安装后控制器与发生器有机地成为一体，既美观大方，又便于维护。控制器的前面板示意图如下图24。山东大学硕士学位论文本控制器的背部结构如图25；图24山东大学硕士学位论文固定严OA于|蜂形QQ螺母|计量泵通讯QQEO时，采用FUZZY控制水套内水的温度；当偏差E在LELEO时，采用PID控制水套内水的温度。两种控制方式选择是由单片机ATMEGAL28L8PI的程序根据LELEO或IELEO来自动实现的。18山东大学硕士学位论文312温度控制过程将温度传感器PTL00采集到的温度信号，经UH741运算放大器进行放大后，送A懈A128LSPI，经片内AD转换成数字信号，同时将温度传感器采集到的温度信号实时地与温度设定值进行比较，根据比较结果分别用模糊控制或PID控制算法运算出加热器的通断时间比，再传送给CPU，CPU实时检测所收到的信号是否构成动作的条件，一旦构成，便通过软件系统执行动作，使相应的固态继电器工作，从而达到控制加热器迸行温度控制的目的系统的温度设定值可由键盘输入，并可以随时更改，采样温度实时地显示在LCD上系统控翩单元利用固态继电器，单片机产生占空比可调的方波脉冲，即通过PID调节生成，可以在检测温度处于以设定温度为中心的温度域范围内控制固态继电器的开通与关断时间，从而避免加热设备温度超调大的现象313温度控制功能模块温度控制功能模块如图32所示；前向通道温度传感器吒三圣三M转换L键L显示器L专盘ILLCPU旧算LL肋运算I卜显一刁写F键盘FI接加热器卜1固态继电器口后向通道图32温度控制功能模块图32温度模糊控制过程的实现山东大学硕士学位论文模糊控制的原理就是由单片机对温度进行测量，将测得的温度值与设定的温度值相减得到温度的偏差E；而且将本次测得的温度减前次测量的温度，得到温度的偏差变化量E。根据温度的偏差及偏差的变化量由模糊控制表决定加热设备的断闭。模糊控制器的实现主要是通过确定模糊控制器的输入量和模糊输出量，求取模糊控制表，经过模糊推理，建立规则库，编制模糊控制程序。其实现过程如下步骤一确定模糊控制器的输入、输出量；选用实际温度Y和温度给定值R的偏差EYR及其偏差变化量E作为输入语言变量，把控制加热器加热强度的PWM脉宽值的变化量定为输出语言变量，由此所设计的模糊控制器是双输入单输出的。步骤二求取模糊控制表，并存于计算机内存中1确定各输入，输出量的变化范围及其对应语言变量的论域元素和量化因子KL、K2、K3。设系统偏差E的基本论域为2“C，2，若选定偏差语言变量E的论域为；X4，一3，2，一L，O，1，2，3，4，则偏差E的量化因子为M44L；同理，设偏差变化率E的基本论域为_OIC，O1，若选定偏差变化率语言变量EC的论域为YI卜4，一3，一2，1，0，1，2，3，4，则偏差变化率AE的量化因子为K240140设控制变化量U的基本论域为40，40】，著选定输出语言变量U的论域为Z卜4，3，2，一1，0，1，2，3，4，则输出控制量U的比例因子应为K340410在各输入、输出语言变量论域众定义模糊子集本系统输入、输出语言变量都选取5个语言值PB、PS、ZE、NS、NB，并根据实践经验确定出在各语言变量论域上用以描述模糊子集的隶属函数ILEUE，LIU，如图33和图34所示20山东大学硕士学位论文一”符号随之向上或向下移动，每次移动一行；当“一一”移动到欲修改参数值所在的那一行时，按一下“确认”按键，则当前行的参数值反自显示按下面板上的。T”或。L”按键，则反白显示的参数数值随之增加或减小，如果一直按住。F”或。I”按键不放，则反白显示的参数数值将持续增加或减小将参数数值调整为想要的数值后，按一下前面板的“确认”按键，控制器正常显示当前参数值，同时存入EEPROM存储器掉电不丢失当。一一”符号位于最下面的一行时，再次按下面板上的“I”按键，控制器自动显示第二页余氯自动控制参数设定页面见图42。修改参数值的操作方法同上所述各参数代表的意义和参数数值范围如下表41。山东大学硕士学位论文表41参数出厂参数名称参数范围参数描述预设值通讯1地址12471MODBUS串行通讯1的本机地址24K、4，8K、通讯1波特率9，6KMODBUS串行通讯I的波特率96K、192K无奇偶校验、偶通讯1校验位偶校验MODBUS串行通讯1的奇偶校验校验、奇校验MODBUS串行通讯1的停止位的通讯1停止位L位、2位1位位数通讯2地址L2472MODBUS串行通讯2的本机地址24K、48K、通讯2波特率96KMODBUS串行通讯2的波特率96K、192K无奇偶校验、偶通讯2校验位偶校验MODBUS串行通讯2的奇偶校验校验、奇校验MODBUS串行通讯2的停止位的通讯2停止位1位、2位1位位数余氯控制方式前馈，反馈，复合复合余氯自动控制的方式余氯设定值O10200PPLN050PPM余氯自动控制的设定值流量4MA一流量输入4MA时对应频率输出值。001030SPM001SPIN频率用于前馈计算流量20MA流量输入20MA时对应频率输出040180SPM180SPIN频率值用于前馈计算设定参数完成后，按一下前面板上的“退出”按键，退出设定状态。所有参数掉电记忆山东大学硕士学位论文5，1概述第五章串行通讯设计HT3000二氧化氯发生器控制器设计有两路RS485物理通讯接口，功能强大、操作方便、连接简单、准确可靠的通讯功能是此控制器的一大特点只需一条双绞线即可实现控制器与计算机的数字通讯，并可以实现一对多通讯，即一条线上可以同时挂多台控制器，只要各自有不同的地址即可上位机只需按通讯协议对变量进行读写，即可实时监控设备的运行情况，对设备运行参数进行控制。两路RS485通讯接口可以同时分别与两个通讯主机连接例如PLC和PC，使用户更加方便监控控制器的工作状况。RS485通讯接口除了本机地址必须不同外，其余规格性能完全一致。控制器采用MODBUSRTU标准协议，该协议文本容易得到，协议本身也非常简单。而且该协议是开放的，有着许多国内厂商和国际厂商的支持。MODBUS协议是MODICOM公司开发的，版权归其所有。控制器与计算机通讯示意如图51所示1图51串行通讯示意图山东大学硕士学位论文MODBUS协议是MODICOM公司开发的一个为很多厂商支持的开放协议该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何可以通信它已经成为通用工业标准。有了它，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。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了某一控制器请求访闯其它设备的过程，如果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。当在某一MODBUS网络上通信时，此协议决定了每个控制器必须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用MODBUS协议发出。在其它网络上，包含了MODBUS协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法MODBUS有两种传送方式，RTUREMOTETERMINALUNIT方式和ASC方式MODBUS把通信参与者规定为“主站”姒STER和。从站”SLAVE主站可向多个从站发送通信请求，最多可达247个从站。每个从站都有自己的地址编号控制器通信使用主从技术，即仅主设备能开始传输查询从设备根据主设备查询提供的数据作出相应反应IFR3000二氧化氯发生器自动控制器采用奠迪康MODBUSRTU串口从站通讯模式53串行通讯设计53出厂预设通讯参数起始位I位数据位L8位，低位LSB在前奇偶校验位；1位，偶校验停止位L位波特率9600BPS山东大学硕士学位论文II通讯工作参数本机地址、波特率、奇偶校验、停止位的设定见上文“参数值设定”部分532通讯信息传输过程当通讯命令由发送设备主机发送至接收设备从机时，符合相应地址码的从机接收通讯命令，并根据功能码及相关要求读取信息，如果CRC校验无误，则执行相应的任务，然后把执行结果数据返送给主机返回的信息中包括地址码、功能码、执行后的数据以及CRC校验码如果CRC校验出错就不返回任何信息。533通讯信息帧报文格式使用KTU模式，信息发送至少要以35个字符时间的停顿间隔开始。网络设备不断侦测网络总线，包括停顿间隔时间内当第一个字节地址码接收到，每个设备都判断是否发往自己的在最后一个字符传输之后，一个至少35个字符时间的停顿表明了信息的结束一个新的信息可在此停顿后开始。整个信息帧必须连续传输。如果在帧完成之前有超过35个字符时间的停顿时间，接收设备将删除不完整的信息并假定下一字节是一帧新信息的地址码。一典型的信息帧如下所示功能；起始位设备地址数据CKC校验结束符码N个ITLT2T31灌8耽8BIT16BITT1T2T3148BITRTU信息帧地址码地址码是每次通讯信息帧的第一字节8位，从L到247这个字节表明由用户设置地址的从机将接收由主机发送来的信息。每个从机都必须有唯一的地址码，只有符合地址码的从机才能响应回送信息。当从机回送信息时，回送数据均以各自的地址码开始。主机发送的地址码表明将发送到的从机地址，而从机返回的地址码表明回送的从机地址，表明该信息来自于何处山东大学硕士学位论文功能码是每次通讯信息帧传送的第二个字节MODBUS通讯规约可定义的功能码为1到127具体定义如下表52表52蟹戆鬈淼矽JI；。2。乏么施笼；曩；笼笼么二乏磊；2鬟”蔫瞄霉取得一组逻辑线圈的当前状态ONOFF”“砑蓼瓣“；读取输入状态取得一组开关输入的当前状态ONOFF阈一掩譬在一个或多个保持寄存器中取得当前的二进制值蒡茹I读取输入寄存器在一个或多个输入寄存器中取得当前的二进制值辱箩强置单线圈强置一个逻辑线圈的通断状态7蠢预置单寄存器把具体二进值装入一个保持寄存器良，；读取异常状态取得8个内部线圈的通断状态，这8个线圈的地址由控制器决定，用户逻辑可以将这些线圈黪镯定义，以说明从机状态，短报文适宜于迅速读取状态錾矗霭回送诊断校验把诊断校验报文送从机，以对通信处理进行评鉴蒌09编程只用于484使主机模拟编程器作用，修改PC从机逻辑雾，竭洲4S4，可使主机与一台正在执行长程序任务从机通信，探询该从机是否已完成其操作任务，仅在含有功能码9的报文发送后，本功能码才发送静翊读取事件计数可使主机发出单询问，并随即判定操作是否成功，尤其是该命令或其他应答产生通信错误时黪甥读取通件记录可是主机检索每台从机的MODBM事务处理通信事件记录。如果某项事务处理完成，记录会给出有关错误眵I萋秽枷4484可使主机模拟编程器功能修改PC从机逻辑蹶黜8绷484可使主机与正在执行任务的从机通信，定期控询该从机是否已完成其程序操作，仅在含有功能13的报文发送后，本功能码才得发送勉兰么强置多线圈强置一串连续逻辑线圈的通断站山东大学硕士学位论文LT6I预置多寄存亲把具体的二进制值装入一串连续的保持寄存器錾潮报告从机标识可使主机判断编址从机的类型及该从机运行指示灯的状态眵霆。学4和CRO可使主机模拟编程功能，修改PC状态逻辑II；9L重置通信链路发生非可修改错误后，是从机复位于已知状态，可重置顺序字节静砂蒙搿皴显示扩展存储器文件中的数据信息降蒙措皴把通用参数写入扩展存储文件，或修改之瞵铲附黝艄舒一驾保留以备用户功能荔72塌所用留作用户功能的扩展编码慝功能嘲船留作内部作用豳保留用于异常应答二氧化氯发生器自动控制器仅用到其中的一部分功能码。作为主机请求发送，通过功能码告诉从机应执行什么动作作为从机响应，从机返回的功能码与从主机发送来的功能码一样，表明从机己响应主机并且己进行相关的操作。我们耳前所支持的功能码非常有限，包括READCO儿S枷S读取线圈状态读写01READINPUTSTATUS读取输入状态只读02READHOLDINGREGISTERS读取保持寄存器读写03READINPUTREGISTERS读取输入寄存器只读04FORCESINGLECOIL强置单线圈读写05PRESETSINGLER朐STER预置单寄存器读写06数据域；主设备发给从设备信息帧的数据域包含附加的信息，从设备必须山东大学硕士学位论文用数据域执行由功能码所定义的动作，数据域包括寄存器地址、要处理项的数目、域中实际数据字节数，等等例如，如果主设备需要从设备读取一组保持哿存器功能码03，数据域指定了起始寄存器以及要读的寄存器数量。如果主设备写一个从设备的单寄存器功能码06，数据域则指明了要写的寄存器地址以及要写入寄存器的数据。错误校验码CRC校验主机或从机可用校验码进行判别接收信息是否正确。由于电子噪声或一些其它干扰，信息在传输过程中有时会发生错误，错误校验码CRC可以检验主机或从机在通讯数据传送过程中的信息是否有误，错误的数据放弃无论是发送还是接收，这样增加了系统的安全和效率。在进行CRC计算时只用8个数据位，起始位及停止位、奇偶校验位都不参与CRC计算。MODBUS通讯协议的CRC16冗余循环码包含2个字节，即16位二迸制数。CRC码由发送设备计算，它由传输设备计算后放置于发送信息帧的尾部。接收信息的设备再重新计算接收到信息的CRC，比较计算得到的CRC是否与接收到的相符，如果两者不相符，则表明出错。CRC是先调入一值是全。1”的16位寄存器，然后调用一过程将消息中连续的8位字节各当前寄存器中的值进行处理。仅每个字符中的8BIT数据对CRC有效，起始位和停止位以及奇偶校验位均无效。CRC产生过程中，每个8位字符都单独和寄存器内容相或OR，结果向最低有效位方向移动，最高有效位以O填充LSB被提取出来检测，如果LSB为L，寄存器单独和预置的值或下，如果LSB为0，则不进行。整个过程要重复8次在最后一位第8位完成后，下一个8位字节又单独和寄存器的当前值相或。最终寄存器中的值，是消息中所有的字节都执行之后的CRC值。CRC添加到消息中时，低字节先加入，然后高字节变量地址表若上位机支持标准的MODBUSRTU串口通讯模式，则无需编制复杂的通讯程序，只需按照下表53的寄存器地址进行读写。40山东大学硕士学位论文表53寄存器数据功能码地址类型读，写名称范围备注读，写00001B矗读偈15氯酸钠泵启停O停，1一启“本地”对可用伽1002BN读，写15盐酸泵启停O一停，1启“本地”时可用O0003BIT读，写15手动，自动切换D一手动，L一自动00004BIT读，写15本地，远程切换T本地，1远程I自动控制加热，L一00005BIT谢写15强制关闭加热强制关闭加热远程启停计量泵00006BIT读，写15O一停，1一启“远程”时可用命令LOOOLBIT只读2缺水故障0一正常，L一故障10002B缸只读2欠压故障O一正常，I一故障IO003BIT只读。2缺氯酸钠故障I正常，1故障10004B矗只读2缺盐酸故障O正常，L一故障L咖5BIT只读2PTL00短路故障0正常，L一故障LO006BIT只读2PTL00开路故障0一正常，1一故障107B矗只读2流量信号故障O一正常，1一故障10008B证只读2余氯信号故障O正常，L一故障10009B缸只读2加热状态D一停，L一启LOOLOB砖只读2温度超温D一正常，1一故障远程启停泵无源1001LBIT只读2O停，L一启无源触点输入输入3000LI椰只读4温度测量值09990O一99930002U巧盯只读4余氯测量值D一2000一2OOPPM30003U孙RR只读4流量测量值9990O一99930004U巧RR只读4当前频率输出值L一1801180SPM余氯自控频率输30005UDRR只读4L一1801LSOSPM出值40006UDRR读，写3，6手动频率输出值11801。LOSPM40007U仆RR读，写3，6余氯自动控制方L31一前馈，2一反41山东大学硕士学位论文式馈，3一复合40008U孙盯读倡3，6余氯设定值102D10一200P呻40009UDRR读，写36加热温度设定值50090050O一900400LOUNRR读偈3，6报警温度设定值500900500900流量4MA频率40011IJ册读倡3，6L一30130SPM值流量20MA频率400121肌读，写3，640一1804010SPM值注1、所有寄存器的数据用16进制表示，温度值和流量值中已经去除了一个小数点，上位机处理时应除以10，才得到实际数值余氯值中已经去除了两个小数点，上位机处理时应除以100，才得到实际数值。2、计量泵的开关和加热的启停表示其现场按键操作或远程计算机的给定命令，不代表计量泵和加热的当前输出状态例如缺料时，计量泵显示为开，但实际上已关请参照保护信号的状态2，表中“寄存器地址”一栏中的数据共5位，低4位为寄存器地址，最高位依据MODBUSRTU协议，与报文中的功能码有关，其关系见下表54。表54寄存器地址读写限制MODBUS功能码读MODBUS功能码写OXXXX可读可写0105LXXXX只读02不可写3XXXX只读04不可写4XXXX可读可写0306534程序编写串行通讯程序的编写，分为通讯接收中断，发送寄存器空中断、定时器TO空中断等子程序，有关程序流