蔣 楠

（張家港市檢驗檢測中心，江蘇 張家港 215600）

壓力儀表包括壓力數(shù)顯表、壓力變送器、壓力開關等諸多種類，具有電氣接口的壓力儀表具有信號輸入（開關量、4mA～20mA）和輸出（開關量、繼電器、4 mA～20mA）。壓力儀表在出廠人工標定和測試的過程中，難以保證諸多壓力儀表實現(xiàn)同步的多通道標定、多通道測試及出具對應的測試記錄。傳統(tǒng)的數(shù)顯二次儀表難以實現(xiàn)靈活的通道配置，采用工控遠端IO模塊和Modbus網(wǎng)關結(jié)合的方式，可以實現(xiàn)壓力綜合標定測試系統(tǒng)的快速搭建。遠端IO模塊支持數(shù)字量輸入DI、數(shù)字量輸出DO、模擬量輸入AI、模擬量輸出AO。Modbus網(wǎng)關支持多主機訪問，將Modbus RTU串口協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Modbus TCP網(wǎng)口協(xié)議數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多臺儀表的冗余標定和測試并進行記錄[1]。

圖1 壓力綜合標定測試系統(tǒng)硬件圖Fig.1 Hardware diagram of pressure integrated calibration test system

圖2 IP地址與撥碼值對應關系圖Fig.2 Corresponding relationship between IP address and dial value

1 遠端IO

1.1 主控制器

與壓力儀表配套設備 Modbus-TCP 網(wǎng)絡適配器支持標準 Modbus-TCP 服務器通訊，以太網(wǎng)支持雙網(wǎng)口交換機級聯(lián)功能。設備支持5個客戶端同時訪問，支持01/02/03/04/05/06/15/16/23功能碼，支持 Modbus 應用看門狗，支持過程數(shù)據(jù)輸入輸出之和最大為8192字節(jié)，支持的擴展IO模塊數(shù)量為32個。模塊自帶診斷功能，可實時監(jiān)控IO模塊通信狀態(tài)。LAN1/LAN2支持交換機級聯(lián)功能，10Mbps/100Mbps自適應速率。硬件及接口：①網(wǎng)絡接口；②通訊配置接口；③模塊型號；④LED指示燈；⑤接線端子；⑥卡扣；⑦接地片；⑧線束固定；⑨現(xiàn)場電源；⑩內(nèi)部總線。接線時注意：在模塊內(nèi)部，兩個接線端子SV+已短接，兩個接線端子SV-已短接，兩個接線端子FV+已短接，兩個接線端子FV-已短接。外部只需要接入一路系統(tǒng)電源和一路現(xiàn)場電源。LED指示燈根據(jù)控制器配置的參數(shù)運行，做出不同的狀態(tài)指示[2]。

1）PWR電源指示燈（紅色）含義：

亮：系統(tǒng)電源供電正常。

滅：系統(tǒng)電源供電異常。

2）STAT 模塊狀態(tài)指示燈（紅色/綠色）含義：

紅色閃：2次，模塊異常已軟重啟。

綠色常亮：運行模式。

綠色單閃：停止模式。

紅綠交替閃爍（2.5Hz）：當前狀態(tài)為升級模式。

紅綠交替閃爍（10Hz）：正在進行固件升級。

3）RUN網(wǎng)絡運行指示燈（綠色）含義：

亮：TCP 端口已連接。

滅：TCP 端口未連接。

閃爍：Modbus數(shù)據(jù)交換。

閃4次：點燈測試。

快閃（10Hz）：MAC地址非法。

4）ERR網(wǎng)絡錯誤指示燈（紅色）含義：

慢閃（2.5Hz）：LAN1和LAN2 Link-Down。

滅 ：LAN1 或 LAN2 Link-Up。

快閃（10Hz）：MAC 地址非法。

5）IRN IO 運行指示燈（綠色）含義：

亮：IO 初始化正常。

滅：IO 初始化錯誤。

6）IER IO 錯誤指示燈（紅色）含義：

熄滅：IO通訊正常。

閃2次：IO通訊錯誤。

7）Field Power 指示燈（紅色）含義：

亮：現(xiàn)場電源供電正常。

滅：現(xiàn)場電源供電異常。

1.2 通信配置

網(wǎng)絡接口有兩個狀態(tài)指示燈。Speed，網(wǎng)絡速度指示燈（綠色）。ON：100Mbps；OFF：10Mbps。Link/Act，Link 狀態(tài)指示、Active 活躍指示燈（橙色）。ON：Link UP；OFF：Link DOWN；Flash：Active。SHIELD：RJ45水晶頭屏蔽層接口?？刂破鳈C頭有撥碼開關、模塊復位按鈕和配置端口。Switch，撥碼開關，用于設置IP地址。當撥碼值為0時，IP地址4 個字節(jié)采用默認IP -192.168.1.100；當撥碼值不為0時，IP地址最后一字節(jié)由撥碼值決定，前3個字節(jié)采用默認192.168.1。Reset，模塊復位按鈕。長按按鍵5 s以上，模塊所有參數(shù)將恢復到默認值。當按下Reset有效時，按鈕左上角會有一個綠色指示燈亮。Config，配置端口，標準 Micro-USB 接口，用于配置設備參數(shù)、固件升級[3]。

圖3 網(wǎng)關配置上位機界面圖Fig.3 Interface diagram of gateway configuration upper computer

圖4 多主機應用結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Multi host application structure diagram

2 Modbus網(wǎng)關

2.1 參數(shù)配置

壓力儀表標定測試涉及到多通道的數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)換，采用ZLAN5144J的 MQTT+JSON轉(zhuǎn)Modbus網(wǎng)關。支持以MQTT的方式連接云端服務器，支持可以界面化配置，自主采集Modbus儀表/645儀表的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為JSON格式上發(fā)云端服務器。支持100個左右的采集數(shù)據(jù)點，它有可以作為普通的透傳的串口服務器和Modbus網(wǎng)關在裝置中使用。RS232/485/422 3種類型串口，支持1個以太網(wǎng)接口。9 V～24V的寬電壓的高質(zhì)量電源設計提供了更好的工業(yè)環(huán)境適應性，可配備的導軌安裝配件適合導軌安裝。它集成了Modbus TCP網(wǎng)關功能，可以方便地實現(xiàn)Modbus RTU協(xié)議轉(zhuǎn)化為Modbus TCP協(xié)議[4]。

2.2 多主機應用

除了上述基本配置，可以使用多主機讀取功能，啟用后讓轉(zhuǎn)化協(xié)議為Modbus TCP的設備具有存儲型Modbus網(wǎng)關功能，否則為非存儲型Modbus網(wǎng)關；如果轉(zhuǎn)化協(xié)議為無，一般可以讓用戶自定義的RS485協(xié)議也具有多個主機同時訪問的串口設備的功能，這在純粹的RS485網(wǎng)絡中是無法實現(xiàn)的，因為多個主站同時發(fā)送會在RS485總線上產(chǎn)生沖突。串口服務器的多主機可以對RS485總線進行“協(xié)調(diào)”，從而達到多主機訪問的目的[5,6]。

3 系統(tǒng)集成

擬 采 用 CT-121F（16通 道 DI）、CT-222F（16通 道DO）、CT-3238（8通道 AI）和 CT-4234（4通道 AO）進行集成。分別以壓力變送器和壓力開關為例，簡述綜合標定測試系統(tǒng)的集成過程。壓力變送器在兩線制24V供電情況下，針對壓力值進行4mA～20mA電流輸出，在正確連接壓力源的情況下，需要進行電流輸出通道標定和測試。首先，給基座發(fā)送命令控制CT-3238（8通道AI），采集待標定壓力變送器固定輸出4mA和20mA點的電流值，并將其寫入壓力變送器表頭，完成電流輸出通道的標定；調(diào)整連接壓力源的大小至0%、25%、50%、75%、100%并用CT-3238（8通道AI）記錄對應的電流值，并計算出正行程和返行程的相對誤差值。8通道的AI即可以實現(xiàn)8個壓力變送器的同步測試，常見壓力變送器的硬件接口是與MCU連接的TTL電平UART，需要進行UART的TTL電平和RS485電平轉(zhuǎn)換。由于傳統(tǒng)的RS485從機只能供一個主機進行訪問和連接，如果進行批量出廠標定和批量產(chǎn)品測試兩項工作，需要兩個部門進行，相當于多個主機訪問操作一個從機，應用Modbus網(wǎng)關可以實現(xiàn)上述功能，將多個Modbus網(wǎng)關配置不同的IP地址，相同的網(wǎng)段，這樣后續(xù)多臺壓力變送器儀表都可以通過交換機實現(xiàn)穩(wěn)定連接。壓力開關的標定測試過程類似，將壓力源調(diào)整至壓力開關動作閾值，并進行壓力開關的限值標定，通過基座發(fā)送命令至CT-121F（16通道DI），則可以實現(xiàn)16路壓力開關的同步測試，壓力開關的輸出有干接點輸出和繼電器輸出兩種方式，針對性地調(diào)整DI的接線方式即可以實現(xiàn)動作的采集[7]。

4 結(jié)論

本文闡述了應用遠端IO和Modbus網(wǎng)關實現(xiàn)多個壓力儀表的同步出廠標定和產(chǎn)品測試。通過集成遠端IO基座和擴展數(shù)字量和模擬量板卡，實現(xiàn)壓力變送器和壓力開關的出廠標定和產(chǎn)品測試。應用Modbus網(wǎng)關解決了單臺RS485從機無法被多臺主機訪問的問題，實現(xiàn)了壓力儀表標定測試的冗余記錄功能。經(jīng)應用測試，所研發(fā)的壓力儀表綜合標定測試系統(tǒng)可以穩(wěn)定可靠地實現(xiàn)壓力儀表批量標定，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，減少了現(xiàn)場計量的勞動強度，同時保證了測試的準確性。