一、前言

ModBus 协议是应用层报文传输协议（OSI模型第 7 层），它能够应用在不同类型的总线或网络。目前，Modbus 有下列三种通信方式：

1. 以太网，对应的通信模式是 MODBUS TCP。

2. 异步串行传输（各种介质如有线 RS-232-/422/485/；光纤、无线等），对应的通信模式是 MODBUS RTU 或 MODBUS ASCII。

3. 高速令牌传递网络，对应的通信模式是Modbus PLUS。

 

泰安市自来水有限公司流量计中一部分采用 PLC 采集传输，数据精度要求高的采用RS485 通讯模式。

 

二、PLC 采集传输

公司瞬时流量数据采用施耐德 PLC 模拟量采集，累计流量采用频率 / 脉冲方式。流量计有上海光华品牌和开封 L-mag 品牌，流量计都带有 2 种传输方式，一种是 4-20ma 电流输入输出，需要 PLC 带输入模块；另一种是MODBUS RTU, 需要 PLC 配 485 模块。

 

1. 流量计接线图

瞬时流量模拟量采集传输接线：AI 模块，4-20mA 电流输入，流量计 IOUT 接正端 +，ICOM 接负端 -。累计流量 DI 接线：频率 / 脉冲输入，POUT 接正端 +，PCOM 接负端 -。 

（1）流量计电流输出接线图

（2）流量计数字量电平输出接法

其中，电源为24V，电阻为3～10KΩ之间。

 

2. 施耐德 PLC 梯形图

根据流量计接线图，编写 PLC 程序。

 

PLC 中模拟量有 2 种，一种是 0 ～ 10V模拟电压，一种是 4 ～ 20MA 模拟电流，公司用的是 4 ～ 20MA 模 拟 电 流。PLC 梯 形图中，%IM0.4.1 是 PLC 第四个模拟量模块很好个模拟口，用于采集流量计的瞬时流量，数值 2000 是流量计量程。根据流量计的 4 ～ 20MA（在 PLC 中对应模拟数值 204-1023）线性关系，在 PLC 中采集的流量计瞬时流量与现场流量计的瞬时流量数据线性变化、数值一致。若有微小差距，可在 PLC 程序中微调比例，将 820 微调为 819 、816 等，使 PLC 采集模拟量与现场流量计瞬时流量数据线性变化、数值一致。

 

3. 组态软件应用

公司使用组态软件作为客户端，组态根据规划好的 IP 与 PLC 建立通讯连接，在组态软件上建点 IO 设备组态 LL，再根据IO 设备组态依次建立瞬时流量 SSLL 和累计流量 LJLL。建立数值如下： %M226 是瞬时 流 量，32 位 IEEE 浮 点 数， 在 组 态 中 是SSLL 为 PV=LL:HRF227, %MD500 是累计流量，32 位无符号整数 , 在组态中 LJLL 为PV=LL:HRL501。

 

三、RS485 通讯传输

电磁流量计 RS 485 通讯数据传输接口为半双工方式，标准速率大于 250kHz，通讯方向转换时间为 3.5us，通常可接 16 路负载，也可扩展到 32 路，标准屏蔽双绞线 1000m。采用主从式多机通讯。当多台电磁流量计互连时，可以节省信号线，便于高速传送。如下图所示。

1. 协议结构

Lmag-BV1（开封用的是标准 MODBUS，可以直接写 MODBUS（RTU））协议遵从基本开放系统互连（OSI）参考模型，基本开放系统互连参照模型提供通讯系统基本结构和要素，但 Lmag-BV1 协议使用简化的 OSI 参照模型，仅采用 1、2 和 7 层。

2. 通讯标准

国际标准 RS-485 通讯接口部件或国际标准 RS-232 通讯接口部件，不小于 11 Bytes 的 通 信 缓 冲 区（FIFO）， 支 持 1200、2400、4800、9600 通讯波特率，支持半双工通讯模式。通讯程序应允许 FIFO，从机要求主机 FIFO不小于 11Bytes。

 

3. 流量计接线图

开关 K 定义：

ON 为接 RS485 通讯终端电阻（标准配置电阻：120Ω）；

OFF 为不接。

 

4. 电磁流量计寄存器地址定义

 

 

5. 组态软件应用

根据规划好的 IP 建立 IO 设备组态 LL（串口通讯不用 IP），再根据 IO 设备组态依次建立瞬时流量 SSLL 和累计流量 LJLL。建立数值：瞬时流量 SSLL 是 3 号功能码4113，32 位 IEEE 浮点数在组态中是 SSLL 为PV=LL:HRF4113, 累计流量 LJLL 是 3 号功能码 4121，32 位无符号整数 , 在组态中 LJLL 是PV=LL: HRL4121。

 

四 . 结论

（1）PLC 采集传输通用性强、可靠性高、抗干扰能力强、接口简单、维护方便。但 plc模拟量需要量程计算，精度有误差、有时延，需要足够 PLC 模块，在更换或维修流量计时，由于脉冲原因，现场累计流量和远传累计流量有很大误差，不能实现实时数据同步。

（2）RS-485 通讯具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力，不会因 PLC故障而影响现场和远程数据同步一致。但流量计必须有 485 接口，支持 MODBUS RTU 协议。而且为保持稳定，多个流量计通讯时，很好使用同一厂家同一个品牌的流量计。RS485 是工业数据总线的一种，流量计具有 RS485 串口通讯使得数字通信替代了PLC 的模拟信号及普通开关量信号的传输，减少了 PLC 的模拟计算，实现了数据的精准采集传输。