摘 要：结合自行开发的通信软件，简要介绍了罗斯蒙特HK-CMF质量流量计的MODBUS协议及帧格式，通过RS485接口，用VB6.0实现了基于MODBUS_RTU协议的HK-CMF质量流量计通信软件的开发。

关键字：MODBUS RTU RS485 VB6.0

    1.概述

    HK-CMF质量流量计以其性能可靠、准确度高、具有通信接口等特点，作为过程或贸易结算仪表，已在企业大量使用。随着计算机技术的发展和企业局域网络的建立，利用计算机作为上位机和多台HK-CMF质量流量计进行通信，继而送入以太网络，已是企业计量数据管理的发展趋势。目前，科氏HK-CMF质量流量计提供了瞬时流量、总量、温度、密度等信息，这些数据的读取往往靠人工抄表、记录，存在着费时、费工和易出错的缺点，为此，我们以VB6.0作为开发工具，用计算机作为上位机，成功实现了科氏HK-CMF质量流量计的计算机自动数据采集和管理。

    2. 通讯接口

    HK-CMF质量流量计可以采用三种方式输出信号：

    2.1 传统4~20mA模拟信号和脉冲信号输出接口，其检测输出的信号是一个单一的值，不能满足多信号输出的要求。

    2.2 基于标准HART协议（以4∼20mA模拟信号输出接口作为物理层）的数字信号输出，可以传输多个信号（瞬时流量、总量、温度、密度等）。

    2.3 以RS485作为物理层基于HART协议的数字信号输出，可以传输多个信号。

    2.4 的数字信号输出，可以传输多个信号，分为RTU和ASCII方式。

    本文采用第四种方式，以RS485作为物理层基于MODBUS_RTU协议进行计算机与流量计的通讯。

    根据RS485电气规定，在两线制传输方式下，RS—485驱动器可带32个接收器，实现多半点双工通讯，波特率9600BPS时通讯距离可达在1200m时。如图1所示PC机通过RS232接口，经RS232/RS485转换模块与多台流量计仪表相连接，一条总线上最多可接32台，每台仪表被赋予各自的通讯地址码用以识别身份，这样上位PC机能通过RS485总线对挂在总线上的每个仪表进行通讯。实现对流量计的远程数据采集与监控。

    3. Modbus协议简介

    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）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。

    3.1 MODBUS消息帧控制器通信使用主从技术，即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询）。其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相应反应。

    主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信，从设备返回一消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。Modbus协议建立了主设备查询的格式：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。

    3.2 两种传输方式控制器能设置为两种传输模式（ASCII或RTU）中的任何一种在标准的Modbus网络通信。本文采用RTU传输模式。

    使用ASCII模式，消息以冒号（：）字符（ASCII码3AH）开始，以回车换行符结束（ASCII码（0DH，0AH）。其它域可以使用的传输字符是十六进制的…9，A…F。网络上的设备不断侦测“：”字符，当有一个冒号接收到时，每个设备都解码下个域（地址域）来判断是否发给自己的。

    使用RTU模式，消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始。在网络波特率下多样的字符时间，这是最容易实现的（如下图的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，包括停顿间隔时间内。当第一个域（地址域）接收到，每个设备都进行解码以判断是否发往自己的。在最后一个传输字符之后，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。

    3.3 错误检测方法标准的Modbus串行网络采用两种错误检测方法。奇偶校验对每个字符都可用，帧检测（LRC或CRC）应用于整个消息。它们都是在消息发送前由主设备产生的，从设备在接收过程中检测每个字符和整个消息帧。

    本文采使用的RTU传输模式采用CRC校验，消息包括了一基于CRC方法的错误检测域。CRC域检测了整个消息的内容。CRC域是两个字节，包含一16位的二进制值。它由传输设备计算后加入到消息中。接收设备重新计算收到消息的CRC，并与接收到的CRC域中的值比较，如果两值不同，则有误。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-16错误校验程序如下：报文被看作是一个连续的二进制，其最高有效位（MSB）首选发送。报文先与X↑16相乘（左移16位），然后看X↑16+X↑15+X↑2+1除，X↑16+X↑15+X↑2+1可以表示为二进制数11000000000000101。整数商位忽略不记，16位余数加入该报文（MSB先发送），成为2个CRC校验字节。余数中的1全部初始化，以免所有的零成为一条报文被接收。经上述处理而含有CRC字节的报文，若无错误，到接收设备后再被同一多项式（X↑16+X↑15+X↑2+1）除，会得到一个零余数（接收设备核验这个CRC字节，并将其与被传送的CRC比较）。全部运算以2为模（无进位）。

    4. 软件实现

    现在的工控系统一般都要求友好的人机界面，即能够将现场的实时生产数据直观地显示在计算机屏幕上。但计算机的标准配置中通常只有RS-232通信接口，开发人员可以通过它编写程序来定义通讯数据格式，完成对数据的打包及错误校验并最终实现数据的传输。许多编程语言都提供标准编程控件实现对RS-232的数据通讯。我们选用实用方便的VB6.0来完成对实时采集12台科氏HK-CMF质量流量计RFT9739）的瞬时质量流量、瞬时体积流量、累计质量流量、累积体积流量、密度、温度等6个参数。编程中利用了MSComm控件。

    4.1 通讯参数设置

    4.1.1 流量计通讯参数设置流量计需要设置的通讯参数为：地址，通讯波特率、奇偶校验、数据位数、停止位位数，通讯协议（ASCII/RTU/HART）。

    RFT9739流量计的出厂默认设置为：9600，odd，8，1，RTU，地址为1。

    所有流量计的通讯波特率、奇偶校验、数据位数、停止位位数、通讯协议的设置必须相同。参数设置方法：

    ①流量计键盘（旋钮）；②专用软件Prolink；③第三方软件（组态软件）；④自编软件

    如果采用自编软件进行参数设置，由于流量计的默认地址都为1，所以可以通过广播方式统一对所有的流量计进行相同的参数设置（地址除外）。然后对流量计地址进行单个设置（相互连线必须断开）。

    4.1.2 计算机通讯参数设置计算机的通讯波特率、奇偶校验、数据位数、停止位位数、通讯协议必须与流量计一致。

    设置好通讯端口。端口主要参数有端口代号，即串口号，常见的有微机标准配置1和2，其他的号则是由PCI或USB接口转换来的。RTU模式下每个字节包含两个4Bit的十六进制字符，所以输入模式一定要选1，如果选0，程序会按每个字节包含1个8Bit的十六进制ASCⅡ字符来处理，将得不到想要的返回结果。再一个需要设置的是端口的波特率，要保证和从机一致。使用串口取电的RS-232/RS-485转接卡时还要注意，部分转接卡可能从串口4脚和7脚取电，此时注意设置DTREnable、RTSEnable为True。其他不用设置，取默认值即可。

    4.2 数据帧的编码与解码RFT9739流量计瞬时质量流量、瞬时体积流量、累计质量流量、累积体积流量、密度、温度等6个参数的寄存器地址映射关系如图4所示，247-262寄存器分别存放了瞬时质量流量、密度、温度、瞬时体积流量、压力、累计质量流量、累积体积流量等7个参数，每个参数占用2个寄存器。按照消息帧的格式要求进行编码，采用3号功能连续读取14个寄存器。

    编码后的数据帧通过串口发送给流量计，流量计接收到查询信息后，返回相应的回应数据帧，计算机接收到回应数据帧后，进行解码。

    每个参数为4字节IEEE574标准浮点数（占用2个寄存器），4个字节与浮点数的具体转换关系和协议本身无关。RFT9739流量计浮点数的4个字节排列顺序与寄存器521有关，如图5所示，寄存器521默认值为1，对应的顺序为2-3-0-1（IEEE574标准的顺序为0-1-2-3），可以通过改变寄存器521的值来改变顺序。

    5. 结束语

    用VB6.0实现了基于MODBUS_RTU协议的计算机与流量计之间的通信，可以充分发挥现代可视化语言的优点，充分满足用户的需求，编程快捷、方便、人机界面丰富。据此开发出的一些功能是原PROLINK软件所没有的，目前已在几个油库成品油公路外运定量装车控制系统中应用，由计算机实现装车作业控制，将现场装车情况汇总到控制室由计算机集中监控、管理、显示、打印各类装车报表。