關鍵詞：HART MODBUS HART/MODBUS 4-20mA 羅斯蒙特 流量計
一、 背景
云南昆明市的七個污水處理廠在進行舊項目改造的工程，北京XX公司中標了此次項目，七個污水處理廠有很多羅斯蒙特（ROSEMOUNT）的HART儀表用于采集管道中污水的瞬時流量和累積流量，每一個儀表對應連接中控室內(nèi)的一個PLC(HART主站)，PLC負責實時監(jiān)控管道中污水的瞬時流量和累積流量，防止管道中污水的瞬時流量過大對污水處理設備造成損害及處理不徹底排出去污染河流，防止流量過小降低污水處理系統(tǒng)的利用率和造成污水系統(tǒng)的堵塞，中控室可以根據(jù)監(jiān)控到的管道中污水的瞬時流量和累積流量及時控制管道污水的流量。
目前由于很多污水處理廠為了增大自身的污水處理能力，把沒有經(jīng)過徹底處理的對環(huán)境造成污染的污水直接排出，環(huán)保部門基于此種情況要求各個污水處理廠再做一個系統(tǒng)，把管道中污水的瞬時流量和累積流量同時實時的上傳給環(huán)保局，防止污水處理廠的違章排污，故污水處理廠要求中標的北京的XX公司采用DCS系統(tǒng)（Modbus主站），把DCS系統(tǒng)采集的儀表監(jiān)控的污水的瞬時流量和累積流量實時反饋給環(huán)保局。
根據(jù)污水處理廠業(yè)主的需求即不但要把HART儀表采集的瞬時流量和累積流量通過HART主站PLC傳送給中控室，還要通過DCS傳送給環(huán)保局。基于HART主從協(xié)議中，一個HART從站可以同時和HART第一主站和第二主站通訊的原則，解決業(yè)主最簡單最方便的方法是用一個HART/MODBUS協(xié)議的網(wǎng)關讓DCS采集HART從站儀表的數(shù)據(jù)，上海泗博自動化的HTM-611可以很好地滿足客戶的需求！
二、 系統(tǒng)組成
整個系統(tǒng)由三部分組成：現(xiàn)場HART從站設備，中控室的監(jiān)控系統(tǒng)（HART主站PLC系統(tǒng)），DCS監(jiān)控系統(tǒng)（環(huán)保局）。中控室的監(jiān)控系統(tǒng)通過作為HART主站的PLC采集儀表的瞬時流量和累積流量，同時，DCS 系統(tǒng)（Modbus主站）通過上海泗博自動化的HTM-611（HART端做第二主站）采集儀表的流量。
上圖為系統(tǒng)連接示意圖：二線制的HART儀表要和24V電源連接，HART第一主站PLC根據(jù)HART協(xié)議的規(guī)定串聯(lián)在電路中，HTM-611網(wǎng)關作為HART第二主站要和HART第一主站PLC并聯(lián)，網(wǎng)關的MODBUS端作為從站，與DCS連接。由于HART的波特率為1200bps，為了及時更新儀表的流量數(shù)據(jù)，一臺儀表和一臺PLC及一臺HTM-611連接，每個污水廠有多臺儀表，多臺HTM-611 MODBUS端設置為不同的從站地址，采用手拉手的形式連接在DCS系統(tǒng)中。
一、 HART/MODBUS網(wǎng)關HTM-611的技術參數(shù)及使用說明
HTM-611是一款實現(xiàn)HART與MODBUS數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)關，HART一側(cè)可配置為第一主站或第二主站，MODBUS一側(cè)作為從站。供電：24VDC（11～30V）、80mA（24VDC）；工作環(huán)境溫度：-20℃～60℃，相對濕度5%～95%(無凝霜)；外形尺寸：40mm（寬）*125mm（高）*110mm（深）；安裝：35mm導軌。
ü HART端的技術參數(shù)：
（1）HART可作為第一主站或第二主站；
（2）支持1個HART通道，多點模式下即只采集數(shù)字信號使用網(wǎng)關內(nèi)置電阻支持連接13臺儀表，使用外部電阻（250Ω）支持連接15臺儀表；
（3）支持HART單點和多點工作模式；
（4）單點工作模式下即同時采集模擬和數(shù)字信號，支持從站設備數(shù)據(jù)的突發(fā)模式；
（5）支持HART協(xié)議所有命令；
（6）每條HART命令可配置為逢變輸出、輪詢輸出、初始化輸出或不輸出；
（7）HART每通道最多支持128條用戶命令，HART輸出數(shù)據(jù)緩沖區(qū)高達1000字節(jié)，輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)高達1600字節(jié)；
（8）可選擇使用內(nèi)部或外部采樣電阻；
（9）支持HART數(shù)據(jù)分段映射及高低寄存器交換，只采集需要的數(shù)據(jù)（HTM-611V21特有）；
（10）支持RS232及Mini USB配置、調(diào)試（HTM-611V21特有）。
MODBUS端的技術參數(shù)：
（1）串口是RS232、RS485、RS422可選，波特率：300、600、1200、2400、4800（V21支持）、9600、19200、38400、57600、115200；
（2）串口側(cè)可配置為MODBUS從站，支持功能碼：03H、04H、06H、10H；
（3）MODBUS從站支持RTU和ASCII通信方式；
（4）串口可配置為通用模式，能夠與HART從站設備進行數(shù)據(jù)透明傳輸。
ü HTM-611在配置軟件HT-123中的配置
1) HTM-611在現(xiàn)場總線MODBUS端的配置:
由于要使用多臺網(wǎng)關從站地址注意要設置為不同的值。
1) HTM-611在HART端的配置：
由于網(wǎng)關要和PLC并聯(lián)采集儀表的數(shù)據(jù)，故HTM-611在配置軟件軟件中要設置為第二主站，由于儀表的地址默認為0，故只能配置為單點模式，這樣既能采集儀表的4～20mA模擬信號，又能采集數(shù)字信號的數(shù)據(jù)。
1) 網(wǎng)關在HART端的高級配置（HTM-611V21及以上版本支持）：
首先，由于客戶要讀取HART儀表的瞬時流量和累計流量，根據(jù)一般的HART通訊規(guī)則，故讓客戶在HT-123基本模式下在HART端配置03號能夠讀取四個變量的命令，下載配置到網(wǎng)關中，把HTM-611 HART端和儀表及24V電源串聯(lián)在電路中，使用發(fā)貨時給客戶配送的下載調(diào)試RS232線一端和網(wǎng)關的RS232口連接，一端和電腦連接，網(wǎng)關的撥碼開關達到調(diào)試模式下，重新給網(wǎng)關上電，在調(diào)試模式下，單擊HT-123軟件中的“診斷”功能，在“診斷”模式下能夠看到客戶需要的瞬時流量和累計流量的數(shù)值及單位。（該功能受到客戶的一致好評）在“診斷”模式下，發(fā)現(xiàn)客戶需要的流量為第一變量和第三變量，根據(jù)HART協(xié)議03號命令的數(shù)據(jù)分配規(guī)則及和MODBUS的映射關系，要想在DCS端讀取第一變量和第三變量的數(shù)值，需要在DCS端通過編程分別把第一變量和第三變量的四字節(jié)數(shù)值提取出來各整合到MODBUS端兩個寄存器里，以浮點數(shù)的形式讀取才能夠讀取到儀表的真實值，有時還需要高低寄存器交換，對于客戶操作起來比較麻煩。
HART命令3：讀動態(tài)變量和主變量電流
請求：無
響應：
字節(jié)0-3： 主變量電流，單位毫安
字節(jié)4： 主變量單位代碼
字節(jié)5-8： 主變量
字節(jié)9： 第二變量單位代碼
字節(jié)10-13：第二變量
字節(jié)14： 第三變量單位代碼
字節(jié)15-18：第三變量
字節(jié)19： 第四變量單位代碼
字節(jié)20-23：第四變量
HART數(shù)據(jù)和MODBUS端的對應關系：
MODBUS地址
接收數(shù)據(jù)內(nèi)存內(nèi)存起始地址
含義
備注
30001
高字節(jié)
0
通訊狀態(tài)
通訊狀態(tài)
低字節(jié)
1
響應碼
響應碼
30002
高字節(jié)
2
電流值
四字節(jié)單精度浮點數(shù)
低字節(jié)
3
電流值
30003
高字節(jié)
4
電流值
低字節(jié)
5
電流值
30004
高字節(jié)
6
主變量單位
單位代碼
低字節(jié)
7
主變量
四字節(jié)單精度浮點數(shù)
30005
高字節(jié)
8
主變量
低字節(jié)
9
主變量
30006
高字節(jié)
A
主變量
低字節(jié)
B
第二變量單位
單位代碼
30007
高字節(jié)
C
第二變量數(shù)據(jù)
四字節(jié)單精度浮點數(shù)
低字節(jié)
D
第二變量數(shù)據(jù)
30008
高字節(jié)
E
第二變量數(shù)據(jù)
低字節(jié)
F
第二變量數(shù)據(jù)
30009
高字節(jié)
10
第三變量單位、
單位代碼
低字節(jié)
11
第三變量數(shù)據(jù)
四字節(jié)單精度浮點數(shù)
30010
高字節(jié)
12
第三變量數(shù)據(jù)
低字節(jié)
13
第三變量數(shù)據(jù)
30011
高字節(jié)
14
第三變量數(shù)據(jù)
低字節(jié)
15
第四變量單位
單位代碼
30012
高字節(jié)
16
第四變量數(shù)據(jù)
四字節(jié)單精度浮點數(shù)
低字節(jié)
17
第四變量數(shù)據(jù)
30013
高字節(jié)
18
第四變量數(shù)據(jù)
低字節(jié)
19
第四變量數(shù)據(jù)
診斷界面如下：
客戶在現(xiàn)場使用時希望解決在MODBUS端讀取HART數(shù)據(jù)復雜的編程整合及高低寄存器交換的問題，上海泗博推出的HTM-611(V21)增加了支持HART數(shù)據(jù)分段映射，支持RS232和Mini USB配置/調(diào)試的功能，客戶只希望讀取第一變量和第三變量的數(shù)值，配置時在配置軟件HT-123中，選擇高級配置模式，在接收數(shù)據(jù)項目中單擊“配置”模塊，選擇第一變量和第三變量即瞬時流量和累積流量對應的HART 03號命令的分段映射的數(shù)據(jù)塊5-8字節(jié)和15-18字節(jié)，配置完后客戶可以選擇工具欄中“自動映射”的功能或在MODBUS起始地址處也可以設置把變量值分配到自已預先定義的MODBUS寄存器地址里，根據(jù)實際需要選擇是否寄存器交換。
三、總結(jié)
HTM-611(V21)作為HART第二主站和第一主站并聯(lián)共同采集HART儀表的數(shù)據(jù)，配置軟件HT-123中的“診斷”功能幫助客戶在調(diào)試模式下查看HART的浮點數(shù)值，同時新增加的支持HART數(shù)據(jù)分段映射及高低寄存器交換，可以只采集需要的數(shù)據(jù)并滿足把數(shù)據(jù)配置到有限的預先定義好的寄存器里面，極大地方便客戶現(xiàn)場調(diào)試和減少了客戶在DCS端采集數(shù)據(jù)的工作量，得到了現(xiàn)場工作人員的極大稱贊！
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