智能數(shù)顯金屬管浮子流量計是工業(yè)自動化過程控制中常用的一種變面積流量測量儀表，具有體積小、檢測范圍大、使用方便的特點(diǎn)，智能數(shù)顯金屬管浮子流量計可用于檢測各類液體、氣體的流量，特別適用于低流速、小流量的介質(zhì)流量的測量。LZD金屬浮子流量計由測量管、浮子和指示器組成，浮子在測量管中自由的上下移動，改變管道中的流通面積，隨著流量大小的變化，浮子在測量管中的垂直位置也發(fā)生相應(yīng)的變化，通過磁性的傳遞系統(tǒng)將浮子位置準(zhǔn)確傳遞到指示器的刻度盤上，指示流量值的變化。智能數(shù)顯金屬管浮子流量計，液晶顯示瞬時、累計流量，標(biāo)準(zhǔn)4～20mA電流輸出，上、下限報警，HART協(xié)議輸出等多種功能，為不同的用戶提供了廣闊的選擇空間。
主要特點(diǎn)
●工作可靠，維護(hù)量少，使用壽命長
●1：10的較寬的量程比
●全金屬結(jié)構(gòu)，堅固穩(wěn)定，適合高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)
●防爆設(shè)計結(jié)構(gòu)適合易燃、易爆危險場合
●新型磁耦合傳感器保證信號傳輸穩(wěn)定可靠
●適合低流速小流量的介質(zhì)流量的測量
●可加裝磁過濾器
●智能型可選現(xiàn)場瞬時和累積流量顯示
●可選二線制、電池供電方式
●可帶保溫、夾套設(shè)計
技術(shù)參數(shù)：
測量范圍 | 水：2.5～100000L/h |
空氣：0.07～3000m3/h | |
量程比 | 10:1（特殊型 20:1） |
精度等級 | 標(biāo)準(zhǔn)型1.5級，特殊訂貨可達(dá)1.0級 |
*大工作壓力 | DN15、DN25、DN40、DN50～4.0MPa |
DN80、DN100、DN150、DN200～1.6MPa | |
介質(zhì)溫度 | 普通型：-40℃～100℃ |
高溫型：-80℃～350℃ | |
內(nèi)襯F46氟塑料：-40℃～+80℃，內(nèi)襯PFTE-40℃～+120℃ | |
環(huán)境溫度 | 指針式：-40℃～+65℃ |
智能型：-25℃～+65℃ | |
連接方式 | 法蘭連接 |
電氣接口 | M20×1.5（特殊要求可做） |
防護(hù)等級 | IP65 |
防爆等級 | 本安：ExibIICT4； 隔爆：ExdIIBT4 |
介質(zhì)粘度 | DN15≤5Mpa.s DN25～200≤5Mpa.s |
工作電源 | +24VDC，紋波≤5% |
測量管材質(zhì) | 304不銹鋼 316不銹鋼，304或316L不銹鋼內(nèi)襯FTFE或F46 |
浮子材質(zhì) | 304或316（不銹鋼）；FTFE或F46 |
產(chǎn)品分類：
儀表規(guī)格 | 現(xiàn)場顯示型（指針指示） | 遠(yuǎn)傳顯示型（液晶數(shù)顯） |
信號輸出 | 無 | 4～20mA |
供電電源 | 無 | +24VDC |
精度等級 | 1.5級 | |
顯示 | 指針或液晶 | |
通訊接口 | 可選配HART通訊 | |
測量管材質(zhì) | 不銹鋼，可選內(nèi)襯PTFE（防腐蝕） | |
防爆等級 | 可選本安：ExibIICT4； 隔爆：ExdIIBT4 | |
防護(hù)等級 | IP65 | |
儀表通徑 | DN15～DN200 | |
安裝方式 | 法蘭安裝 | |
介質(zhì) | < 350℃ | |
環(huán)境溫度 | -30℃～65℃ | |
流量范圍：
Modbus協(xié)議在金屬管浮子流量計中的應(yīng)用：
隨著通信技術(shù)、集成電路技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的現(xiàn)場檢測儀器的智能化和數(shù)字化程度在逐漸提升?，F(xiàn)場總線作為開放化、數(shù)字化、多點(diǎn)通訊的底層控制網(wǎng)絡(luò),成為了近代工業(yè)控制系統(tǒng)的熱門研究項目。將Modbus通訊協(xié)議移植到金屬管浮子流量計,使得檢測儀表更具智能化和網(wǎng)絡(luò)化,同時為實現(xiàn)數(shù)字化組網(wǎng)提供了可行接口。經(jīng)過調(diào)試表明移植后的Modbus通訊協(xié)議可以實現(xiàn)基本功能,取得了預(yù)期的效果。
浮子流量計是一種經(jīng)典的變面積式流量計，具有結(jié)構(gòu)簡單、直觀、壓損小、測量范圍大、運(yùn)行可靠、可測中小流量及低雷諾數(shù)流量、維護(hù)方便、壽命長，對儀表前后直管段長度要求不高等優(yōu)點(diǎn)。 金屬管浮子流量計可以適應(yīng)高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕、劇毒等多種苛刻環(huán)境，較少的可動部件、便于維護(hù)，解決了生產(chǎn)中的許多難題。
基于 Modbus 協(xié)議的金屬管浮子流量計，通過選擇低功耗的微處理器和通訊芯片，將具有開放協(xié)議的 Modbus 協(xié)議移植到傳統(tǒng)的金屬管浮子流量計中，使得儀表具有現(xiàn)場總線組網(wǎng)功能。
1.金屬管浮子流量計整體結(jié)構(gòu)設(shè)計
圖1是金屬管浮子流量計整體結(jié)構(gòu)圖。 流量測量過程可概括為： 磁阻傳感器將浮子位移信號轉(zhuǎn)化為電信號送給信號處理電路， 經(jīng)過信號處理電路進(jìn)行放大濾波后再經(jīng)由 AD 采樣模塊采樣，*后送給微處理器處理，微處理器經(jīng)過一系列處理后得到當(dāng)前流量信息， 送給液晶模塊顯示或者通過 Modbus 模塊將信號遠(yuǎn)傳給其他設(shè)備使用。
2.Modbus 模塊硬件電路設(shè)計
Modbus 通信協(xié)議有兩種串行傳輸模式：ASCII 模式和 RTU（遠(yuǎn)程終端單元）模式，與這兩種模式對應(yīng)的幀格式是ASCII 幀格式和 RTU 幀格式。 本文采用 RTU 幀格式，其數(shù)據(jù)幀格式為如表 1 所示。
一次發(fā)送的數(shù)據(jù)幀必須是作為一個連續(xù)的數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸。Modbus 的 RTU 模式規(guī)定不同數(shù)據(jù)幀之間的間隔是 3．5 個字節(jié)通信時間以上（即起始位和結(jié)束符 T1－T2－T3－T4）。
CRC 校驗是為了防止傳送過程中傳輸錯誤，將自己計算的校驗碼與接收的校驗碼進(jìn)行對比， 相同則確認(rèn)接收正確繼續(xù)解析報文，否則接收到的是誤碼并停止解析報文。
Modbus 通訊模塊硬件電路比較簡單 ，采用 MAXIM（美信 ）公司的 Max3072 芯片將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為差壓信號傳輸，圖 2 為Modbus 通訊模塊硬件設(shè)計圖， 通過 USART 與 CPU 進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
Modbus 模塊通過兩根串口線 RX＿485 和 TX＿485 與 CPU相連，經(jīng)過 MAX3072 后轉(zhuǎn)化為差壓信號在 485 總線上傳輸，差壓信號幅值在 200mV 左右。
3.Modbus 模塊軟件設(shè)計
Modbus 通訊模塊功能是實現(xiàn)流量儀表與主機(jī)或其他設(shè)備的數(shù)據(jù)交互，Modbus 模塊的信號是通過 RS485 總線進(jìn)行傳輸，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖 3 所示。
程序初始化結(jié)束后， 首*入初始狀態(tài)。 由于Modbus協(xié)議規(guī)定兩次幀數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間間隔不能小于30μs，因此在進(jìn)入初始狀態(tài)后會開啟定時器，30μs 以后進(jìn)入就緒狀態(tài)。有數(shù)據(jù)傳輸時，進(jìn)入接收狀態(tài)，幀數(shù)據(jù)接收完成后進(jìn)入幀解析封裝狀態(tài)，若接收數(shù)據(jù)出錯則進(jìn)入錯誤狀態(tài)，封裝后再進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)，若數(shù)據(jù)正確則直接完成封裝進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)，數(shù)據(jù)發(fā)送完成后則再次進(jìn)入初始狀態(tài)。 Modbus 模塊軟件設(shè)計流程圖如圖 4 所示。
4.系統(tǒng)調(diào)試
Modbus通訊模塊驗證實驗的目的是驗證流量儀表能否通過485總線實現(xiàn)流量信息與控制臺的信息交互，本文應(yīng)用Modbus調(diào)試助手軟件模擬控制臺與 Modbus模塊進(jìn)行通信，驗證Modbus模塊能否實現(xiàn)正常通訊。圖5是 Modbus 模塊與控制臺通信的電路連接圖。
為驗證 Modbus 模塊通訊的正確性， 本文通過 Modbus 調(diào)試助手往 Modbus 模塊下發(fā)數(shù)據(jù)，若能返回正確數(shù)據(jù)，則證明通訊成功。 圖 6 為通過 Modbus 調(diào)試助手與 Modbus 模塊通訊圖。
03（0x03）命令為例進(jìn)行調(diào)試的測試結(jié)果圖 ，03 命令的能是讀取特定寄存器的值。 串口調(diào)試助手下發(fā)的數(shù)據(jù)為 “01 03 00 00 00 01 84 0A”， 其中 01 為設(shè)備地址，03 為命令碼，00 00 為起始地址 ，00 01 為寄存器數(shù)量 ，84 0A 為 CRC 校驗碼。 Modbus 回發(fā)數(shù)據(jù)為 “01 03 02 08 10 BE 48”，其中 01為設(shè)備地址，03 為命令碼，02 為字節(jié)數(shù)，08 10 為寄存的值，BE 48 為 CRC 校驗碼。 測試結(jié)果表明，Modbus 模塊能正常工作。
5.結(jié)束語
選擇低功耗的微處理器和通訊芯片，將具有開放協(xié)議的Modbus 協(xié)議移植到傳統(tǒng)的金屬管浮子流量計中，實現(xiàn)了硬件平臺設(shè)計和軟件平臺設(shè)計，調(diào)試結(jié)果表明，移植后的 Modbus 協(xié)議能夠與控制臺實現(xiàn)實時通信，使得儀表具有現(xiàn)場總線組網(wǎng)功能。
