HART/MODBUS 网关作为HART第二主站在污水处理厂的应用

关键词:HART MODBUS HART/MODBUS 4-20mA 罗斯蒙特 流量计
一、 背景
云南昆明市的七个污水处理厂在进行旧项目改造的工程,北京XX公司中标了此次项目,七个污水处理厂有很多罗斯蒙特(ROSEMOUNT)的HART仪表用于采集管道中污水的瞬时流量和累积流量,每一个仪表对应连接中控室内的一个PLC(HART主站),PLC负责实时监控管道中污水的瞬时流量和累积流量,防止管道中污水的瞬时流量过大对污水处理设备造成损害及处理不彻底排出去污染河流,防止流量过小降低污水处理系统的利用率和造成污水系统的堵塞,中控室可以根据监控到的管道中污水的瞬时流量和累积流量及时控制管道污水的流量。
目前由于很多污水处理厂为了增大自身的污水处理能力,把没有经过彻底处理的对环境造成污染的污水直接排出,环保部门基于此种情况要求各个污水处理厂再做一个系统,把管道中污水的瞬时流量和累积流量同时实时的上传给环保局,防止污水处理厂的违章排污,故污水处理厂要求中标的北京的XX公司采用DCS系统(Modbus主站),把DCS系统采集的仪表监控的污水的瞬时流量和累积流量实时反馈给环保局。
根据污水处理厂业主的需求即不但要把HART仪表采集的瞬时流量和累积流量通过HART主站PLC传送给中控室,还要通过DCS传送给环保局。基于HART主从协议中,一个HART从站可以同时和HART第一主站和第二主站通讯的原则,解决业主最简单最方便的方法是用一个HART/MODBUS协议的网关让DCS采集HART从站仪表的数据,上海泗博自动化的HTM-611可以很好地满足客户的需求!

二、 系统组成
整个系统由三部分组成:现场HART从站设备,中控室的监控系统(HART主站PLC系统),DCS监控系统(环保局)。中控室的监控系统通过作为HART主站的PLC采集仪表的瞬时流量和累积流量,同时,DCS 系统(Modbus主站)通过上海泗博自动化的HTM-611(HART端做第二主站)采集仪表的流量。

上图为系统连接示意图:二线制的HART仪表要和24V电源连接,HART第一主站PLC根据HART协议的规定串联在电路中,HTM-611网关作为HART第二主站要和HART第一主站PLC并联,网关的MODBUS端作为从站,与DCS连接。由于HART的波特率为1200bps,为了及时更新仪表的流量数据,一台仪表和一台PLC及一台HTM-611连接,每个污水厂有多台仪表,多台HTM-611 MODBUS端设置为不同的从站地址,采用手拉手的形式连接在DCS系统中。
一、 HART/MODBUS网关HTM-611的技术参数及使用说明
HTM-611是一款实现HART与MODBUS数据通信的网关,HART一侧可配置为第一主站或第二主站,MODBUS一侧作为从站。供电:24VDC(11~30V)、80mA(24VDC);工作环境温度:-20℃~60℃,相对湿度5%~95%(无凝霜);外形尺寸:40mm(宽)*125mm(高)*110mm(深);安装:35mm导轨。
ü HART端的技术参数:
(1)HART可作为第一主站或第二主站;
(2)支持1个HART通道,多点模式下即只采集数字信号使用网关内置电阻支持连接13台仪表,使用外部电阻(250Ω)支持连接15台仪表;
(3)支持HART单点和多点工作模式;
(4)单点工作模式下即同时采集模拟和数字信号,支持从站设备数据的突发模式;
(5)支持HART协议所有命令;
(6)每条HART命令可配置为逢变输出、轮询输出、初始化输出或不输出;
(7)HART每通道最多支持128条用户命令,HART输出数据缓冲区高达1000字节,输入数据缓冲区高达1600字节;
(8)可选择使用内部或外部采样电阻;
(9)支持HART数据分段映射及高低寄存器交换,只采集需要的数据(HTM-611V21特有);
(10)支持RS232及Mini USB配置、调试(HTM-611V21特有)。
MODBUS端的技术参数:
(1)串口是RS232、RS485、RS422可选,波特率:300、600、1200、2400、4800(V21支持)、9600、19200、38400、57600、115200;
(2)串口侧可配置为MODBUS从站,支持功能码:03H、04H、06H、10H;
(3)MODBUS从站支持RTU和ASCII通信方式;
(4)串口可配置为通用模式,能够与HART从站设备进行数据透明传输。
ü HTM-611在配置软件HT-123中的配置

  1. HTM-611在现场总线MODBUS端的配置:
    由于要使用多台网关从站地址注意要设置为不同的值。

  2. HTM-611在HART端的配置:
    由于网关要和PLC并联采集仪表的数据,故HTM-611在配置软件软件中要设置为第二主站,由于仪表的地址默认为0,故只能配置为单点模式,这样既能采集仪表的4~20mA模拟信号,又能采集数字信号的数据。

  3. 网关在HART端的高级配置(HTM-611V21及以上版本支持):
    首先,由于客户要读取HART仪表的瞬时流量和累计流量,根据一般的HART通讯规则,故让客户在HT-123基本模式下在HART端配置03号能够读取四个变量的命令,下载配置到网关中,把HTM-611 HART端和仪表及24V电源串联在电路中,使用发货时给客户配送的下载调试RS232线一端和网关的RS232口连接,一端和电脑连接,网关的拨码开关达到调试模式下,重新给网关上电,在调试模式下,单击HT-123软件中的“诊断”功能,在“诊断”模式下能够看到客户需要的瞬时流量和累计流量的数值及单位。(该功能受到客户的一致好评)在“诊断”模式下,发现客户需要的流量为第一变量和第三变量,根据HART协议03号命令的数据分配规则及和MODBUS的映射关系,要想在DCS端读取第一变量和第三变量的数值,需要在DCS端通过编程分别把第一变量和第三变量的四字节数值提取出来各整合到MODBUS端两个寄存器里,以浮点数的形式读取才能够读取到仪表的真实值,有时还需要高低寄存器交换,对于客户操作起来比较麻烦。
    HART命令3:读动态变量和主变量电流
    请求:无
    响应:
    字节0-3: 主变量电流,单位毫安
    字节4: 主变量单位代码
    字节5-8: 主变量
    字节9: 第二变量单位代码
    字节10-13:第二变量
    字节14: 第三变量单位代码
    字节15-18:第三变量
    字节19: 第四变量单位代码
    字节20-23:第四变量
    HART数据和MODBUS端的对应关系:
    MODBUS地址
    接收数据内存内存起始地址
    含义
    备注
    30001
    高字节
    0
    通讯状态
    通讯状态
    低字节
    1
    响应码
    响应码
    30002
    高字节
    2
    电流值
    四字节单精度浮点数
    低字节
    3
    电流值
    30003
    高字节
    4
    电流值
    低字节
    5
    电流值
    30004
    高字节
    6
    主变量单位
    单位代码
    低字节
    7
    主变量
    四字节单精度浮点数
    30005
    高字节
    8
    主变量
    低字节
    9
    主变量
    30006
    高字节
    A
    主变量
    低字节
    B
    第二变量单位
    单位代码
    30007
    高字节
    C
    第二变量数据
    四字节单精度浮点数
    低字节
    D
    第二变量数据
    30008
    高字节
    E
    第二变量数据
    低字节
    F
    第二变量数据
    30009
    高字节
    10
    第三变量单位、
    单位代码
    低字节
    11
    第三变量数据
    四字节单精度浮点数
    30010
    高字节
    12
    第三变量数据
    低字节
    13
    第三变量数据
    30011
    高字节
    14
    第三变量数据
    低字节
    15
    第四变量单位
    单位代码
    30012
    高字节
    16
    第四变量数据
    四字节单精度浮点数
    低字节
    17
    第四变量数据
    30013
    高字节
    18
    第四变量数据
    低字节
    19
    第四变量数据
    诊断界面如下:

客户在现场使用时希望解决在MODBUS端读取HART数据复杂的编程整合及高低寄存器交换的问题,上海泗博推出的HTM-611(V21)增加了支持HART数据分段映射,支持RS232和Mini USB配置/调试的功能,客户只希望读取第一变量和第三变量的数值,配置时在配置软件HT-123中,选择高级配置模式,在接收数据项目中单击“配置”模块,选择第一变量和第三变量即瞬时流量和累积流量对应的HART 03号命令的分段映射的数据块5-8字节和15-18字节,配置完后客户可以选择工具栏中“自动映射”的功能或在MODBUS起始地址处也可以设置把变量值分配到自已预先定义的MODBUS寄存器地址里,根据实际需要选择是否寄存器交换。

三、总结
HTM-611(V21)作为HART第二主站和第一主站并联共同采集HART仪表的数据,配置软件HT-123中的“诊断”功能帮助客户在调试模式下查看HART的浮点数值,同时新增加的支持HART数据分段映射及高低寄存器交换,可以只采集需要的数据并满足把数据配置到有限的预先定义好的寄存器里面,极大地方便客户现场调试和减少了客户在DCS端采集数据的工作量,得到了现场工作人员的极大称赞!

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