摘 要

目前，工业现场监控设备多采用智能仪表监控，人为读取数据信息或采用单片机I/O接口传输信息，前者不适用于某些特殊环境，后者则有数据信息单一的缺点，因此，采用基于RS485接口的Modbus协议设计一个数据采集系统有着重要意义。

本文以实现对工业现场分散的智能仪表的整体监控为目的，介绍了智能仪表与PLC通讯普遍采用Modbus 通讯协议。阐述了流量计与PLC的Modbus协议RTU模式的通讯机制，利用台达DVP系列PLC丰富的编程功能和串行通信智能模块，以流量计为数据采集单元，采用基于RS485总线接口的Modbus通讯协议对流量数据进行采集，以PLC为数据处理中心，设计PLC通信程序，以触摸屏作为人机界面，通过PLC与腰轮流量计的通讯，实现对流量计数据的采集、处理、显示及存储。

文中详细介绍了该数据采集系统的设计过程，以及在调试过程中遇到的问题。为了解决问题，通过分析，找出问题所在，然后对症下药，解决问题，重新调试。通过多次调试，最终将最重要的通讯功能和人机界面功能调试成功，并实现了扩展功能--数据导出到外部存储设备U盘中，这一扩展功能，使得该数据采集系统有了较强的信息采集能力。

本设计通过设计一个基于Modbus协议的PLC与智能仪表的通信系统，实现了智能仪表的数据采集功能。

关键词： PLC（可编程逻辑控制器件）；Modbus协议；流量计；数据采集

Abstract

At present, the industrial field monitoring equipment using intelligent instrument monitoring, artificial reading data or using MCU I / O interface to transfer information , the former does not apply in special environment, and the latter has shortcomings of single data information, therefore, the use of Modbus protocol based on the RS485 interface design of a data acquisition system is of great significance.

In order to achieve the aim of monitoring the scattered intelligent instruments in the whole industrial field . In this thesis, the Modbus communication protocol of intelligent instrument and PLC communication is introduced. This thesis describes the flowmeter and the PLC Modbus RTU communication mechanism, using the rich programming function and serial communication intelligentce module of delta DVP series PLC , and the flowmeter is the data acquisition unit, based on RS485 bus interface of the Modbus communication protocol to collect the flow data . Using PLC as the data processing center, design PLC communication program ,and the touch screen as man-machine interface, through the communication of PLC and flowmeter, realizing the flow meter data acquisition, processing, display and storage.

In this thesis ,the design process of the data acquisition system is detail introduced, and the debugging problems encountered in the process also introduced. In order to solve the problem, through the analysis, find out the problem, and suit the remedy to the case, to solve the problem, and then redebug again. Through several debugging. Eventually, the most important communication function and man-machine interface function debugging success. And realized the expansion function - data export to the external storage device U disk, this expansion function, makes the data acquisition system has a strong ability of information collection.

This design through the design of a Modbus protocol based on PLC and intelligent instrument communication system, realizing the intelligent instrument data acquisition function.

Key Words：PLC（Programmable LogicController）；Modbus protocol；Flowmeter；data acquisition

目 录

摘 要 2

第1章 绪论 1

1.1 选题背景及意义 1

1.2 课题研究内容及预期目标 2

第2章 方案论证 3

2.1 流量计数据采集系统整体方案一 3

2.2 流量计数据采集系统整体方案二 4

2.3 方案选择 4

第3章 硬件设计 7

3.1 PLC与流量计硬件连接方式 7

3.2 台达PLC与台达触摸屏硬件连接方式 8

3.3 U盘与触摸屏硬件连接方式 9

3.4流量计数据采集系统整体硬件设计 10

第4章 软件设计 12

4.1 PLC通讯程序设计 12

4.2触摸屏HMI（人机界面）设计 17

第5章 调试过程及结果 23

5.1 通讯调试 23

5.2人机界面调试 26

第6章 总结 28

参考文献 30

致 谢 31

绪论

1.1 选题背景及意义

在石油工业现场，常常需要一套功能完善的测控系统来帮助油田开发，确保开发过程的安全、可控。而流量计作为一种检测流体流量不可或缺的工业仪表，通常是测控系统中最重要的仪表之一。在传统工业现场的自动化仪表的监控过程中，所使用的流量计一般采用4-20mA（传送模拟量信息）或24VDC（传送开关量信息）信号与其他设备进行信息传输，很多现场层流量计与控制器之间的物理连接基本采用一对一（一个I/O口对设备的一个测控点）的I/O接线方式,这种方式能够很稳定地实现流量计与控制器之间的通讯,但是这样的系统仍然存在一些明显的缺点，那就是信息集成到控制器的能力不强，信息传输的距离较短，某些特殊环境下的流量监测就不适用这种系统。如果给现场层设备如流量计和控制器二者之间规定一种协议,然后给现场检测仪表配备串行数据接口（如RS232/485），控制器就可以按接口规定协议，通过串行通信方式而不是I/O方式实现控制器与现场设备的信息传输，完成对现场设备的监控^[1]。这样一来，对于所有分散的现场设备，只要都具有串行通信接口并具有统一的通信协议，控制器可以通过一根通信电缆将所有设备连接，完成对所有分散的现场设备的监控。在某些特殊环境下，如果需要监控的参数较为复杂而且繁多，就可以采用这种串形通讯方式进行监控，把所有信息集成到一个系统中，提高控制器使用效率,也有利于对复杂情况进行综合分析。

基于上述集成信息的目的，在石油工业现场构建一个监控系统，最适合采用的控制器是PLC。PLC(可编程逻辑控制器) 实质上是一种用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，由电源、中央处理单元（CPU）、存储器、输入输出接口、功能模块、通信模块六部分组成。PLC作为一种工业控制器，有着通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点^[2]，凭借这些优点，PLC在工业市场逐步取代了其他控制器，所以基于PLC技术研究、设计较为通用的流量计数据采集和处理系统具有重要意义。