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NHR系列智能显示控制仪表RS-485通信中应用

01摘要

NHR系列智能显示控制仪表是经过多年开发制造经验而设计生产，集诸多全新功能于一身的新一代智能显示控制仪表。针对现场温度、压力、液位、速度、流量等各种信号进行采集、显示、控制、远传、通讯、打印等处理，构成数字采集系统及控制系统，广泛运用于电力、石化、冶金、轻工、制药、航空等诸多领域。产品的EMC设计符合GB/T176262-11相关规定，同时产品取得了CE认证。

02产品的市场背景

在自动化控制领域，随着分布式控制系统的发展，在产业上的分布式控制系统中，经常需要采用串行通讯来达到远程信息交换的目的。目前，用于串行通讯的接口标准包括：RS-232、RS-422、RS-423和RS-485。RS-232是最早的串行接口标准，广泛应用在短间隔、较低波特率串行通讯中。其后发展起来的RS-422、RS-485是平衡传送的电气标准，比起RS-232非平衡的传送方式在电气指标上有了大幅度的进步。RS-485串行接口的电气标准实际上是RS-422的变型，它属于七层OSI (open system interconnection，开放系统互连)模型物理层的协议标准。由于性能优异、结构简单、组网轻易，RS-485总线标准得到了越来越广泛的应用。下面是关于虹润NHR 系列智能显示控制仪表在RS-485通信中的应用。

03产品的技术原理

1、系统技术方案

工业场合中,经常要用一些仪表去控制如温度、液位、流量等。在某些场合,需要1台控制器灵活地控制多台仪表,以达到设计控制目的。

本文利用标准的MODBUS RTU通讯协议与 RS-485通信指令,方便的实现与多台虹润NHR系列仪表的串行通信成功的实现了用单台控制器对多台仪表的灵活控制。可编程控制器允许在一个RS-485通信接口上连接多达100台虹润仪表,仪表大于60台时,需加一个RS-485中继器，RS-485通信口通信距离长达1KM以上。

2、RS-485总线的硬件设计

考虑到此控制系统中网络节点数较多，整个网络超过100个节点，为保证通讯的可靠性和通讯效率按照仪表在系统中实现的不同功能、数据流量、实时性要求把各仪表分布到两条总线上，而且所选器件中的RS-485芯片驱动能力均达到255点，通讯速率选96Kbps，离主站最远的节点不超过50m。

3、网络协议

为了能使具体的命令、数据在网络上正确地传输，在数据链路层必须提供一定的网络协议，保证在物理层的比特流出现错误时进行检测和校正，同时实现数据帧和命令帧的功能。然而，为保证数据传输质量，对每个字节进行校验的同时，应尽量减少特征字和校验字，而常用的数据包格式由引导码、长度码、地址码、命令码、数据、校验码、尾码组成，每个数据包长度达20～30字节，在RS-485系统中显得又有些繁杂。由于MODBUS协议是公然的通讯协议，而且被很多的工控产品生产厂家支持，该协议已广泛应用于水利、水文、电力等行业设备及系统的国际标准中，因此，本系统采用MODBUS协议作为此控制系统的网络协议。

在此控制中由于对PLC和变频器的通讯数据量小而且实时性要求不高，因此采用MODBUS ASCII方式，而对单片机的数据通讯量较大且实时性要求高,因此采用MODBUS RTU方式。

04产品的应用

考虑到100台仪表在RS485总线上的实时性、有效性、正确性，现将100台虹润NHR系列智能控制仪表通讯组网分为两条总线，分别由PLC的串口扩展口分别定义为A1、B1和A2、B2 ；下面是虹润NHR系列智能控制仪表与PLC主机连接图，见图1、图2：

图1：虹润仪表与PLC组网图

图2：虹润仪表与PLC组网图

1、虹润NHR系列智能显示控制仪表通信参数配置

(1)、通信方式为RS-485, (1个起始位，1个或2个停止位，8位数据，无奇偶校验)

(2)、通信传输数据的波特率（12K 24K 48K 96K 192K）可在仪表叁数baud中设定

(3)、通信协议为标准Modbus Rtu 模式

这里重点突出可编程控制器与虹润NHR仪表RS-485接口部分。在工业现场,RS-485通信是应用较多的一种通信方式，图中可编程控制器通过RS-485通信接口与多个NHR仪表相连接,最多可达到100台,每台仪表被赋予各自的地址码,用以识别身份，( 地址码可在仪表叁数Addr中设定)，子单元和主单元采用地址轮询方式。这样可编程控制器的RS-485通信口便能通过RS485总线对挂在下面的所有仪表进行控制操作。

2、虹润NHR系列智能数字显示控制仪通信数据流解析

本通信协议采用标准ModBus协议，采用RTU（十六进制数）传输模式。ModBus协议是一种主---从式协议。任何时刻只有一个设备能够在线路上进行发送。由主站管理信息交换，且只有主站能发起。主站会依次对从站进行轮流查询。只有当从站地址与轮询地址相匹配，从站才能回复消息。从站之间不能进行直接通信。协议桢中不包含任何消息报头及消息结束符，消息的开始和结束依靠间隔时间来识别，当间隔时间长于或等于35个字符时，即作为检测到桢结束。如果网络内没有与查询地址相一致的从站或从站接收时CRC校验出错，主站将不会接收到返回桢，这时主站根据超时设定判断是否超时，如超时，作出重发或弹出异常错误窗口动作。

协议桢定义如下：

从站地址：地址必须在1---247之间。

在同个主站网络中每个从站地址必须唯一。

0为广播地址，从站接收消息并作相应处理，但不能回复消息。

功能代码：包含读、写寄存器。

数据：以二进制代码传输。

CRC16：循环冗余校验，校验从从站地址到数据区最后一个字节，计算多项式码为A001(hex)。

（1）、通讯口设置

通讯方式 异步串行通讯接口，如RS-485，RS-232等。

波 特 率 2400～9600bps（可由设定仪表二级参数自由更改，设定仪表二级参数BT，默认4800）。

（2）、字节数据格式 HEX

一位起始位、八位数据位、一位停止位、无校验

（3）、消息桢格式（读、写功能是从主站角度定义的）

读寄存器桢

读寄存器返回桢

写寄存器桢

写寄存器返回桢

错误返回桢

功能代码表：1

错误代码表：2

3、产品

05结论

本文利用标准的MODBUS协议和虹润NHR系列智能显示控制仪表进行RS-485通信，实现了单台控制器控制多台NHR仪表的任务，并能实时检测各仪表的运行状态，整个系统控制灵活方便, 方案结构简单，开发成本低，周期短，既使在恶劣的工业环境下也能稳定工作。

物联网

就是通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。

案例看下我们用的中安鼎辉吧

就是这样的流程大概，反正我们用这不错，想进一步了解的可以咨询他们，他们的MES功同时可以实现企业供应链LES(Logistics Execution System)、集团GES(Group Execution System)的构建和管理。

衍生企业执行流程，全面提升企业的运行效率。并能从价值链的角度，去模拟企业价值链的价值活动，达到对价值链的全面关注和重点关注。

还有IDM—智能数字制造系统代表了国内目前先进的制造执行行业的理念、发展趋势和技术能力。最大的特点就是能与企业供应链执行完美集成。应用了多种软件技术和先进的设计理念，不仅实现了层次模型的创新性设计，而且在二次架构的的灵活性和可扩展性上，在云计算和SOA(Service Oriented Architecture)的实际应用中，都表现出了强大的生命力。所以这方面经验足。

作者Nicola Brittain

5G将完全支持物联网，从而改变我们的生活，工作和 娱乐 方式。以下18个项目展示了我们可以期待看到的应用。

1 工业机器人

机器人已经在工厂中被广泛使用，特别是在 汽车 工业中。但是，5G的速度和低延迟将“解除束缚”，意味着它们在物理上是自由的。爱立信目前正在与机器人制造商Comau合作，开发用于工业环境的全自动无绳机器人。这些机器人将响应传感器，而不是直接由人工控制。工业机器人还将成为 “个性化”的产品，从而使生产线更加灵活。机器人将使用定制产品的3D图像（称为数字阴影）进行工作，从而使它们能够通过检测质量问题并进行持续改进来优化制造过程。

2 农业机器人

不受束缚的机器人将能够在农田中漫步，通过与传感器的互动来确定哪些作物需要更多的肥料或水，或者哪些作物正在患病。它们还可以利用图像处理软件筛选水果或蔬菜的图像，以确定农产品是否可以销售或者判断农产品发生损坏。一家名为FFRobotics的公司已经开发了一种“新鲜水果收割机”，可以做到这一点。该公司的网站指出，这些机器人采摘水果的速度比人类收割机快十倍。

3 手术机器人

这款机器人将帮助医务人员抬起病人，或在医院周围移动病床和其他设备，但也许更有趣的是，它们还将为手术提供帮助。位于医院的外科医生将能够远程进行手术。爱立信目前正在与伦敦国王学院合作开发触觉手套。这些手套将与患者身边的机器人连接。外科医生将通过虚拟现实(VR)头戴式设备观看手术过程，并通过振动马达感受机器人向手套传递的压力。该技术依赖于5G流两端的手术设备和机器人内的“边缘计算”系统（在本地处理和存储计算）。

4 虚拟手术机器人（远程手术）

VR以有趣的方式使其适用于医学的几种技术之一。今年初，虚拟现实软件专家EchoPixel推出了3D查看器，用于诊断和手术规划。该软件将MRI和CT扫描等2D医学成像数据转换为浮在普通台式机上方的VR图像。医生将能够从图像中操纵和解剖身体部位。未来触觉技术可能会被用于克隆体的不同部分例如皮肤、骨骼和肌腱等，这会给外科医生带来不同的感觉，从而指导他的工作。

5 虚拟现实和保守治疗

5G提供的低延迟为人工和虚拟现实应用提供了比以往任何移动网络迭代更多的潜力。AT＆T和Vitas Healthcare正在合作开发一款VR产品，该产品旨在减轻慢性病患者的焦虑和痛苦。患者将戴上耳机并与旨在改善其心理 健康 的场景进行交互，这可能包括在家乡散步或参观秘鲁的Machu Picchu。

6 人工智能诊断

人工智能(AI)已经被用于疾病诊断。例如，在2017年，斯坦福计算机科学家使用计算机视觉工具成功诊断了早期皮肤癌。计算机提供了成千上万的图像，以及数学函数和算法，允许它们提取有意义的模式。5G将增加这项技术的使用率，因为它允许在评估患者症状时进行实时快速学习和计算。英国政府的“产业战略”已经在英国(利兹、牛津、考文垂、格拉斯哥和伦敦)开设了5个新的人工智能研究中心，专注于图像分析。

7 自动驾驶 汽车

最终，无人驾驶 汽车 将是机器人的另一种形式，有超过40多家的制造商正在研发 汽车 机器人。Google的自动驾驶 汽车 尤其有趣，它具有一个旋转式屋顶摄像机，其中包含200米范围内的64束激光束，可以拍摄危险图像以及其他车辆的图像。挡风玻璃上的摄像头可帮助其查看近距离障碍物，例如行人。前后保险杠上的雷达能够看到前方和后方车辆，并且始终保持2-4秒的距离。后部的天线能够从GPS卫星接收到有关 汽车 的位置信息。使用普通 汽车 记录分析道路服务，标记，标志等的地图技术，并将其输入到自动驾驶 汽车 的软件中。自动驾驶 汽车 还可以识别骑车人所使用的信号和手势，并相应地减速。

8 5G无人机

5G无人机已经无处不在，但是一旦启用5G，它们就会发挥更大的作用。尽管关于空中交通安全的法规尚待商定，但专为工业，政府和企业使用而设计的先进无人驾驶无人机已经由Percepto等制造商投入生产。这些开箱即用的解决方案可以进行编程，以执行远程手术，精准农业，国防活动，灾难恢复（继森林大火或其他自然灾害之后），以及检查难以到达的基础设施，例如石油钻机，电力系统或被遗弃的建筑物。他们可能会被不同部门“作为一种服务”租用。

9 AR智能眼镜

增强现实(AR)智能眼镜将以有用的信息覆盖现实世界。该领域的开发人员认为，他们将整个世界变成了桌面。这种眼镜有很多有趣的例子，特别是在工业环境中使用的眼镜。ODG R-7是AR智能眼镜，每个智能眼镜都配有720p立体显示器，这些眼镜不受束缚，并带有各种传感器。工业环境中的现场专家将能够看到现场人员所看到的内容，并且可以使用AI逐步获取有关如何修复故障的说明。可以很容易地看到，这可能会被见习技工或某个与远程工程师接触的修坏锅炉的工人使用。矿工或在危险环境中工作的人可能会通过与眼镜通信的传感器收到潜在气体泄漏的警告。在标准的业务环境中，这些眼镜将提供有用的人脸识别和旅行指导。

10 地铁环境中的5G 娱乐 服务

韩国媒体、文化和 体育 部目前正在与多个韩国机构合作一个名为5G RailNext的项目，为公共交通开发5G信息 娱乐 服务。该项目将首先测试使用AR和混合现实内容的信息 娱乐 移动服务的实时部署。测试将在首尔的一个地铁环境中进行，通过耳机等可穿戴设备提供旅行信息、视频流媒体和 游戏 。

11 与Covid-19战斗的机器人

中国已经成功“拉平”了新冠病毒疫情曲线，每天只报告少数新病例，5G技术在中国抗击新冠病毒的战斗中发挥了不可或缺的作用。

特别引人关注的5G技术使用的巡逻机器人，这些机器人被用于机场等繁忙地区监控市民，并确保人们在公共场所戴口罩。

机器人由广州Gosuncn机器人公司研发，并获得了物联网软硬件专家的技术支持。这些机器人已经被部署在广州、上海、西安和贵阳等城市的机场和购物中心。

12 5G无人机出租车

往返机场和市区非常耗时。那为什么不飞呢？新一代环保型电动垂直起降（eVTOL）飞机（您可以坐在其中的“无人机”）现在处于高级原型阶段。由空中客车，Ehang，Volocopter，Kitty Hawk，Uber Elevate，Terrafugia和PAL-V等公司开发，它们是无飞行员，自主的，航程约50英里。对于从机场到城市或从机场到机场的快速转移，例如在伦敦希思罗机场和盖特威克机场，或纽约肯尼迪国际机场和纽约纽瓦克机场之间的快速转移，这些所谓的“无人机出租车”需要5G驱动的自动空域识别，撞机-避开和设置地理围栏，使他们无法进入敏感区域。预计到2030年，支持5G的空中出租车将成为主流。

13 远程参加奥斯卡颁奖典礼

今年早些时候，时代广场的游客有机会使用支持5G的智能手机在奥斯卡颁奖典礼上“走红地毯”。Verizon凭借其Ultra-Wideband 5G网络的强大功能创造了世界上奥斯卡最佳影片的体验，该网络将红地毯的体验投射给了2500英里之外的纽约粉丝。

Verizon 5G 网将粉丝们从时代广场投射到好莱坞著名的杜比剧院，在那里粉丝们可以看到所有名人的现场表演，就像他们自己站在红地毯上一样。

这是通过在“红地毯”上放置一个Verizon 4K 360度相机来完成的。使用连接到Verizon的5G超宽带网络（可在更高的毫米波频率和更宽的频谱带宽上运行）的5G智能手机，粉丝进入一个虚拟门户网站，将其传输到实时红地毯。

一旦“站在”了红地毯上，观众就可以借助360度摄像头控制观看现场实况。他们可以看到名人实时走过他们，这为观看奥斯卡颁奖典礼提供了一种新颖的方式。

14 5G（AR）服装

在2020年Bafta奖颁奖典礼上，MTV和Channel 4主持人Maya Jama穿着世界上第一件由5G供电的增强现实（AR）服装，发表了未来主义的 时尚 宣言。这件衣服本身是5G用例的 时尚 首创，由英国设计师Richard Malone花了250个小时设计，使用了一系列技术来收集运动和位置数据，并输入到增强现实应用程序中。人们可以通过平板电脑设备上的增强现实应用程序查看， 5G功能连衣裙可以进行数字转换。5G驱动的AR连衣裙的设计师Richard Malone以其独特的作品而闻名，作品以突破织物所能达到的极限而著称，而这款礼服更是让人惊叹。这其中包含12排电线和18个传感器灯泡。为了隐藏所有技术，设计师手工缝制超过100,00针。这件连衣裙使用EE 5G网络对传感器进行跟踪，让Jama和其他人可以使用智能手机与AR服装进行交互。

15 5G智能矿山

2020年，中国移动和华为与中国最大的煤炭生产商阳泉煤业（Yangquan Coal Industry）建立了伙伴关系，成功将下一代网络连接到地下500米处。

据中国新闻媒体报道，阳泉集团新源煤矿的5G网络是中国首个在煤矿井下完成的5G商业服务。预计中国移动和华为之间的伙伴关系将使一支地下团队的劳动力从170多人减少到90人左右，同时还能保持目前的煤炭产量水平。

不过，这只是漫长过程中的第一步，因为这家矿业公司正在搭建5G网络，以期在未来几年内推出其首个“智能矿山”。

阳泉煤业集团并不孤单拥有这项新技术。据中国煤炭工业协会副会长刘峰介绍，中国目前有5,000多个煤矿，已经建立了200多个智能化采矿平台，这些自动化平台都配备了自动化设备。5G网络将成为中国智能矿业发展不可或缺的一部分。

16 5G监测森林

2020年，沃达丰宣布与英国最重要的林业和树木研究组织环境，食品和农村事务部（Defra）和森林研究部建立合作伙伴关系，以使用窄带物联网（NB-IoT）网络监控萨里郡和诺森伯兰郡的两座森林。

在未来五年内，两项将推动工业物联网的网络技术是窄带物联网(NB-IoT)和Cat-M(正式名称为LTE Cat-M1)。据预测，到2025年，工业物联网应用案例将超过可穿戴设备、家庭安全设备和数字家居产品。

该试点项目将使用经过验证的NB-IoT技术在可用的5G网络上工作，以监测树木对英国森林环境变化的反应。

17 5G无人穿梭巴士

Aurrigo是一家总部位于英国考文垂的自动驾驶 汽车 公司，已被选为价值400万英镑的米尔顿凯恩斯MK 5G Create项目的合作伙伴，并将制造和运营一条10人座的航天飞机，该列车从Bletchley火车站出发沿一条短距离的自动路线行驶前往MK Dons 体育 场。

Aurrigo已经在该镇成功完成了无人驾驶 汽车 试验，此前曾为去年的威尔士公开赛高尔夫比赛提供过自动驾驶 汽车 。在这次试验中，Aurrigo将与Milton Keynes委员会，MK Dons，BT和其他五个财团合作伙伴合作，测试5G应用如何创造世界级的访客体验。

该公司将制造和运营一条10人座的班车，沿着一条短短的自治路线从布莱奇利火车站到MK Dons 体育 场，以及两个围绕零售公园周边运营的分离舱。

18 5G物流机器人

瑞典领先的移动网络运营商Tele2成为瑞典斯德哥尔摩地区首家在2020年推出5G网络的公司，并宣布将通过该网络推出一个新的5G机器人试点计划，该公司希望这将使瑞典各地的自动送货变得普遍。

这一试点项目与在线送餐服务“Foodora”联合推出，将使用送货机器人(人们亲切地称其为“Doora”)在斯德哥尔摩进行送货上门服务。Doora有一个摄像头，可以通过5G向Foodora实时发送信息，Foodora可以跟踪和追踪机器人，同时快速向Doora发送数据，该公司希望为客户提供无缝的服务体验。

Doora将在Stureplan附近进行测试，它将被用来运输食物和其他重达20公斤的产品。“Doora”的最高时速为6公里，电池续航时间为8小时，希望在试用后能在瑞典各地的城市见到它。

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