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如何根据相关参数选择RS485通信电缆

基于RS485接口的DGL通信协议(修改)

1.       前言

在常见的数字式磁致伸缩液位计中,多采用RS485通信方式。但RS485标准仅对物理层接口进行了明确定义,并没有制定通信协议标准。因此,在RS485的基础上,派生出很多不同的协议,不同公司均可根据自身需要设计符合实际情况的通信协议。并且,RS485允许单总线多机通信,如果通信协议设计不好,就会造成相互干扰和总线闭锁等现象。如果在一条总线上挂接不同类型的产品,由于协议不一样,很容易造成误触发,造成总线阻塞,使得不同产品对总线的兼容性很差。

随着RS485的发展,Modicon公司提出的MODBUS协议逐步得到广泛认可,已在工业领域得到广泛应用。而MODBUS的协议规范比较烦琐,并且每字节数据仅用低4位(范围:0~15),在信息量相同时,对总线占用时间较长。

DGL协议是根据以上问题提出的一种通信协议。在制定该协议时已充分考虑以下几点要求:

a.         兼容于MODBUS 。也就是说,符合该协议的从机均可挂接到同一总线上。

b.         要适应大数据量的通信。如:满足产品在线程序更新的需要(未来功能)。

c.         数据传输需稳定可靠。对不确定因素应加入必要的冗错措施。

d.         降低总线的占用率,保证数据传输的通畅。

2.       协议描述

为了兼容其它协议,现做以下定义:

通信数据均用1字节的16进制数表示。从机的地址范围为:0x80~0xFD,即:MSB=1;命令和数据的数值范围均应控制在0~0x7F之间。即:MSB=0,以区别地址和其它数据。

液位计的编码地址为:0x82~0x9F。其初始地址(出厂默认值)为:0x81。

罐旁表的编织地址为:0xA2~0xBF。其初始地址(出厂默认值)为:0xA1。

其它地址用于连接其它类型的设备,也可用于液位计、罐区表地址不够时的扩充。

液位计的命令范围为:0x01~0x2F,共47条,将分别用于参数设定、实时测量、诊断测试、在线编程等。

通信的基本参数为:4800波特率,1个起始位,1个结束位。字节校验为奇校验

本协议的数据包是参照MODBUS RTU 通信格式编写,并对其进行了部分修改,以提高数据传输的速度。另外,还部分参照了HART协议。其具体格式如下:

ADDRESS

COMMAND

Byte Count

DATA

Check SUM

地址

命令

字节数

数据

校验和

1 Byte

1 Byte

=n, 1 Byte

n Byte

1 Byte

80~9F

01~2F

00~10

0~7F

0~7F

表中,数据的最大字节数为16个。也就是说,整个数据包最长为20个字节。

“校验和”是其前面所有数据异或得到的数值,然后将该数值MSB位清零,使其满足0~7F的要求。在验证接收数据包的“校验和”是否正确时,可将所有接收数据(包括“校验和”)进行异或操作,得到的数据应=0x80。这是因为,只有“地址”的MSB=1,所以异或结果的MSB也必然等于1。

本协议不支持MODBUS中所规定的广播模式。

3.       时序安排

在上电后,液位计将先延迟10秒,等待电源稳定。然后,用5秒的时间进行自检和测试数据。接着产品进入待机状态并打开RS485通信接口,等待主机的请求。因此,主机应在液位计上电20秒后,再将液位计置为工作状态,进行测量操作。

液位控制器(HMT-900或H-1000)主要用于液位计的供电和防爆安全隔离。主机可通过RTS信号控制(HMT-900或H-1000)供给液位计的电源。当RTS有效时,电源将被打开。因此,液位计的电源是可以通过主机软件控制的。

在现场应用中,主机软件的工作时序一般应遵循以下几个步骤。

1)      在开主机前,并认真检查各相关设备的电源和电缆连接情况。

2)      在启动主机软件时,打开相应串行端口。使能RTS信号,给液位计上电。

3)      软件初始化操作,延迟20秒。

4)      读液位计的相应参数,然后将液位计置为工作状态。

5)      此时,主机可进入正常的轮训、记录、显示、报警等工作。

主机软件的主要工作是通过RS485总线和各个液位计进行DGL格式的数据包通信。因此,通信时序安排的好坏显得很重要。在本协议中,主机只能有1个,并完全控制总线,任何从机在没有主机请求时,必需保持接收状态。在设计从机电路时,应保证从机在上电时不能出现对总线的占用(发送状态),哪怕是很短的时间。以免增加系统功耗,影响其“本质安全”性能。

虽然主机控制着总线,但在总线空闲状态,主机也应处于接收状态。只有在向指定的从机发送请求数据包时,才进入发送状态。主机的发送接收状态切换由其串口的DTR信号控制,可称为MDTR。同样,从机也有一个控制信号,称为SDTR。当主机DTR无效(转换成TTL电平,MDTR为高电平)时,端口处于发送状态。当DTR有效(MDTR为低电平)时,端口处于接收状态。据此,可绘制出数据包传输的时序图如下:

在T1时刻,主机将MDTR置为高电平(DTR无效),准备发送数据。T2时刻,主机发送“请求数据包”。当数据包发送完成(T3时刻)后,随即要将MDTR变为低电平(T4时刻),释放总线,等待接收“应答数据包”。

在相应从机(液位计)接收到正确的“请求数据包”后,就开始准备“应答数据包”。经延时,在T5时刻,从机将SDTR置为高电平,控制总线。然后,在T6时刻发送数据包。发送完成(T7时刻)后,随即将SDTR置为低电平,释放总线。这样一次数据包通信就完成了。

对以上各时刻的时序要求可以描述为:T2-T1=1.9~3.5ms, T3-T2=10~60ms, T4-T3=1~3.5ms, T5-T3=8~18ms, T6-T5=1.9~3.5ms, T7-T6=10~60ms, T8-T7=1~3.5ms。一次通信的最长时间将控制在160ms以内。两次数据包通信的间隔应≥20ms。

根据以上描述和规定,我们就可以精确地进行主机和从机的通信控制。并根据可能出现的各种通信错误和故障,进行冗错设计。

4.       命令定义

命令0x01   通信协议识别码

请求数据: 0byte

应答数据: 3byte   字符串“DGL”  44,47,4C

命令0x02   地址更改

请求数据: 1byte   NewAdr-0x80

应答数据: 1byte   NewAdr-0x80

注:应答数据中仍保留为原来地址不变

命令0x03, 0x4  保留

命令0x05   读厂家名

请求数据: 0byte

应答数据: 10byte   字符串“ALMRT Ltd.”

命令0x06   读产品类型

请求数据: 0byte   无

应答数据: 8byte   DT0~7

浮子数 温度测点 外管类型  测杆材料 安装形式  防爆类型  x  x  

命令0x07   读产品杆长

请求数据: 0byte   无

应答数据: 2byte   DT0,DT1

基数:2mm,范围:≤20m,GL= (DT1*128+DT0)*2mm

命令0x08   读温度测点位置

请求数据: 0byte

应答数据: 5byte   DT0~4  对应于VT1~5位置相对杆长的百分数(0~99)。

命令0x09   读产品序列号

请求数据: 0byte   无

应答数据: 4byte   具体待定,存于MCU EEPROM中。

命令0x0A   读电路和程序的版本号

请求数据: 0byte

应答数据: 2byte   DT0 电路版本 , DT1程序版本

命令0x0B   读零点校准参数数据

请求数据: 0byte

应答数据: 8byte   DT0~7

Level1Zero=((DT2*128+DT1)*128+DT0)*0.01mm   DT3<>0, 数据求反

Level2Zero=((DT6*128+DT5)*128+DT4)*0.01mm   DT7<>0, 数据求反

命令0x0F   设置产品工作状态

请求数据: 1byte  DT0=0,产品工作; DT0<>0,产品待机;

应答数据: 1byte  和请求数据相同。

命令0x10   读液位1(Level1,油面)数据

请求数据: 0byte

应答数据: 3byte   DT0, DT1, DT2

分辨率:0.01mm,范围:30mm~20m(0x1E8480, DT2=7A, DT1=09, DT0=0)。

当DT2=DT1=DT=0时,液位下溢出;当DT2=DT1=DT=7F时,液位上溢出;

Level1=((DT2*128+DT1)*128+DT0)*0.01mm

命令0x11   读液位2(Level2,界面)数据

请求数据: 0byte

应答数据: 3byte   DT0, DT1, DT2

Level2=((DT2*128+DT1)*128+DT0)*0.01mm  

命令0x12   读两个液位数据

请求数据: 0byte

应答数据: 6byte   DT0, DT1, DT2,  DT3, DT4, DT5

Level1=((DT2*128+DT1)*128+DT0)*0.01mm

Level2=((DT5*128+DT4)*128+DT3)*0.01mm

建议:如需读液面2的数据时,应采用该命令。这样,可同时得到液位1的值,提高了通信速度。

命令0x13~0x14 保留

命令0x15   读各测杆测点温度(只有一个温度测点)

请求数据: 0byte

应答数据: 10byte   DT0~9

分辨率(刻度):KD=0.015625℃(2^-6), 范围:-56~130℃

VT1=(DT1*128+DT0)*KD-56,VT2=(DT3*128+DT2) *KD-56, ……

命令0x16  保留

从以上协议可知,每个通信数据都用1Byte的16进制数表示,数据包中的地址(ADDRESS)字段长度为1Byte,当HT-1000(主机)向uPSD3200(从机)发送数据时,数据包中的地址(ADDRESS)字段中MSB应为1,因为此时数据包要到达的地址是从机,从机的地址范围为:0x80~0xFD,即:MSB=1。主机(HT-1000)没有地址(也许理论上应该有),主从机通信过程是这样的:主机不断发出4个字节的数据包(地址,命令,字节数,校验和)去查询从机的测量情况,其中字节数为0,则没有数据字节,只需4个字节就可构成一个数据包。如下:

81 16 00 17

88 16 00 1E

84 16 00 12

87 16 00 11

8F 16 00 19

以上5个数据包就是主机发往从机的数据包,第一个字节是地址,共有5个地址,即发往5个从机,每发一个数据包,主机会等待从机的回应,然后再发下一个数据包,如果等待超时,则认为通信错误(HT-1000上会显示XX号罐通信错误)。若有回应,则主机进行数据处理,在友好的人机界面上显示相关测量信息。第二个字节16是命令字,16的具体含义可查询具体命令字信息。第三个00代表数据位是零个,第四个字节是校验和。(这里设计协议的原则是尽可能是通信的字节数变少,减少信息在传输过程中的丢失,当然也要考虑扩展性)

一个回应的数据包如下:

88 16 08 69 7F 05 7A 3A 02 23 27 43

共12个字节,再根据字段分一下:

88    16    08    69 7F 05   7A 3A 02   23 27   43

第一个字节88是从机的地址,由于主机采用“发送---等待回应”方式来和从机通信,并且目前只有一个主机,因此,从机发送的数据包中的地址不必是主机地址(除非有多个主机,在理解协议数据包时,数据包中的地址字段应当是发往目的地的地址,但事实上从机回应数据包中的地址是本身的地址,不是目的地主机的地址),只需标明自身的地址即可,相当于“这里是XX号从机在回答---”。第二个字节16是命令字。第三个字节08表示数据段有8个字节,接下来的8个字节是数据信息,前三个字节69 7F 05是油位测量值(69是数据的最低数值,7F是次低的数值,05是数据的高位数值),接着三个字节7A 3A 02是水位测量值,数据信息最后两个字节23 27 是温度测量值,最后一个字节43是校验和。

0x16是DGL协议里的一条命令,表示取得探棒的油位,水位和温度。

在DGL协议里是这么定义的:<START> <COMM><NUM><DATA><P>
其中:
START:起始字节,长度为1
COMM:命令字节:长度为1
NUM:数据字节数
DATA:数据,具体含义在每个命令中都有详细定义
P:校验位

命令0x17   读实时电路参数  (保留)

请求数据: 1byte  ; 0 电子仓温度,1 VCC电压,2 工作状态

应答数据: 2byte

命令0x18~0x1F  保留

命令0x20~0x2F  对外保留,用于参数设置、产品测试、程序更新等功能。

5.       补充说明

上述关于DGL协议的规定可保证它和MODBUS协议的兼容性。但不保证当这两种协议的设备挂接到同一总线上时,采用MODBUS协议的设备之间不会发生冲突。也不保证和下列设备的兼容性:其它协议的从机设备、除Modicon公司外标称为MODBUS的从机设备。

主机通信程序应按照DGL协议规定编写。不保证本协议和其它主机设备或软件的兼容性。

DGL协议仅适用于使用RS485接口的数字式磁致伸缩液位计。如作为其它用途,在借鉴或引用时,应充分考虑情况不同所带来的风险因素。

DGL协议保留以下从机地址:0x80, 0xA0, 0xC0, 0xFE, 0xFF。在现场安装时应特别注意。

控制器发送给中继器的地址如 81、82、等(或包括地址的任何命令),回的是16进制、每三个字节是一个数据,分别是油、水、温度(是华氏)