蒋 楠

（张家港市检验检测中心，江苏 张家港 215600）

压力仪表包括压力数显表、压力变送器、压力开关等诸多种类，具有电气接口的压力仪表具有信号输入（开关量、4mA～20mA）和输出（开关量、继电器、4 mA～20mA）。压力仪表在出厂人工标定和测试的过程中，难以保证诸多压力仪表实现同步的多通道标定、多通道测试及出具对应的测试记录。传统的数显二次仪表难以实现灵活的通道配置，采用工控远端IO模块和Modbus网关结合的方式，可以实现压力综合标定测试系统的快速搭建。远端IO模块支持数字量输入DI、数字量输出DO、模拟量输入AI、模拟量输出AO。Modbus网关支持多主机访问，将Modbus RTU串口协议数据转换为Modbus TCP网口协议数据，实现多台仪表的冗余标定和测试并进行记录[1]。

图1 压力综合标定测试系统硬件图Fig.1 Hardware diagram of pressure integrated calibration test system

图2 IP地址与拨码值对应关系图Fig.2 Corresponding relationship between IP address and dial value

1 远端IO

1.1 主控制器

与压力仪表配套设备 Modbus-TCP 网络适配器支持标准 Modbus-TCP 服务器通讯，以太网支持双网口交换机级联功能。设备支持5个客户端同时访问，支持01/02/03/04/05/06/15/16/23功能码，支持 Modbus 应用看门狗，支持过程数据输入输出之和最大为8192字节，支持的扩展IO模块数量为32个。模块自带诊断功能，可实时监控IO模块通信状态。LAN1/LAN2支持交换机级联功能，10Mbps/100Mbps自适应速率。硬件及接口：①网络接口；②通讯配置接口；③模块型号；④LED指示灯；⑤接线端子；⑥卡扣；⑦接地片；⑧线束固定；⑨现场电源；⑩内部总线。接线时注意：在模块内部，两个接线端子SV+已短接，两个接线端子SV-已短接，两个接线端子FV+已短接，两个接线端子FV-已短接。外部只需要接入一路系统电源和一路现场电源。LED指示灯根据控制器配置的参数运行，做出不同的状态指示[2]。

1）PWR电源指示灯（红色）含义：

亮：系统电源供电正常。

灭：系统电源供电异常。

2）STAT 模块状态指示灯（红色/绿色）含义：

红色闪：2次，模块异常已软重启。

绿色常亮：运行模式。

绿色单闪：停止模式。

红绿交替闪烁（2.5Hz）：当前状态为升级模式。

红绿交替闪烁（10Hz）：正在进行固件升级。

3）RUN网络运行指示灯（绿色）含义：

亮：TCP 端口已连接。

灭：TCP 端口未连接。

闪烁：Modbus数据交换。

闪4次：点灯测试。

快闪（10Hz）：MAC地址非法。

4）ERR网络错误指示灯（红色）含义：

慢闪（2.5Hz）：LAN1和LAN2 Link-Down。

灭 ：LAN1 或 LAN2 Link-Up。

快闪（10Hz）：MAC 地址非法。

5）IRN IO 运行指示灯（绿色）含义：

亮：IO 初始化正常。

灭：IO 初始化错误。

6）IER IO 错误指示灯（红色）含义：

熄灭：IO通讯正常。

闪2次：IO通讯错误。

7）Field Power 指示灯（红色）含义：

亮：现场电源供电正常。

灭：现场电源供电异常。

1.2 通信配置

网络接口有两个状态指示灯。Speed，网络速度指示灯（绿色）。ON：100Mbps；OFF：10Mbps。Link/Act，Link 状态指示、Active 活跃指示灯（橙色）。ON：Link UP；OFF：Link DOWN；Flash：Active。SHIELD：RJ45水晶头屏蔽层接口。控制器机头有拨码开关、模块复位按钮和配置端口。Switch，拨码开关，用于设置IP地址。当拨码值为0时，IP地址4 个字节采用默认IP -192.168.1.100；当拨码值不为0时，IP地址最后一字节由拨码值决定，前3个字节采用默认192.168.1。Reset，模块复位按钮。长按按键5 s以上，模块所有参数将恢复到默认值。当按下Reset有效时，按钮左上角会有一个绿色指示灯亮。Config，配置端口，标准 Micro-USB 接口，用于配置设备参数、固件升级[3]。

图3 网关配置上位机界面图Fig.3 Interface diagram of gateway configuration upper computer

图4 多主机应用结构图Fig.4 Multi host application structure diagram

2 Modbus网关

2.1 参数配置

压力仪表标定测试涉及到多通道的数据处理和转换，采用ZLAN5144J的 MQTT+JSON转Modbus网关。支持以MQTT的方式连接云端服务器，支持可以界面化配置，自主采集Modbus仪表/645仪表的数据，转化为JSON格式上发云端服务器。支持100个左右的采集数据点，它有可以作为普通的透传的串口服务器和Modbus网关在装置中使用。RS232/485/422 3种类型串口，支持1个以太网接口。9 V～24V的宽电压的高质量电源设计提供了更好的工业环境适应性，可配备的导轨安装配件适合导轨安装。它集成了Modbus TCP网关功能，可以方便地实现Modbus RTU协议转化为Modbus TCP协议[4]。

2.2 多主机应用

除了上述基本配置，可以使用多主机读取功能，启用后让转化协议为Modbus TCP的设备具有存储型Modbus网关功能，否则为非存储型Modbus网关；如果转化协议为无，一般可以让用户自定义的RS485协议也具有多个主机同时访问的串口设备的功能，这在纯粹的RS485网络中是无法实现的，因为多个主站同时发送会在RS485总线上产生冲突。串口服务器的多主机可以对RS485总线进行“协调”，从而达到多主机访问的目的[5,6]。

3 系统集成

拟 采 用 CT-121F（16通 道 DI）、CT-222F（16通 道DO）、CT-3238（8通道 AI）和 CT-4234（4通道 AO）进行集成。分别以压力变送器和压力开关为例，简述综合标定测试系统的集成过程。压力变送器在两线制24V供电情况下，针对压力值进行4mA～20mA电流输出，在正确连接压力源的情况下，需要进行电流输出通道标定和测试。首先，给基座发送命令控制CT-3238（8通道AI），采集待标定压力变送器固定输出4mA和20mA点的电流值，并将其写入压力变送器表头，完成电流输出通道的标定；调整连接压力源的大小至0%、25%、50%、75%、100%并用CT-3238（8通道AI）记录对应的电流值，并计算出正行程和返行程的相对误差值。8通道的AI即可以实现8个压力变送器的同步测试，常见压力变送器的硬件接口是与MCU连接的TTL电平UART，需要进行UART的TTL电平和RS485电平转换。由于传统的RS485从机只能供一个主机进行访问和连接，如果进行批量出厂标定和批量产品测试两项工作，需要两个部门进行，相当于多个主机访问操作一个从机，应用Modbus网关可以实现上述功能，将多个Modbus网关配置不同的IP地址，相同的网段，这样后续多台压力变送器仪表都可以通过交换机实现稳定连接。压力开关的标定测试过程类似，将压力源调整至压力开关动作阈值，并进行压力开关的限值标定，通过基座发送命令至CT-121F（16通道DI），则可以实现16路压力开关的同步测试，压力开关的输出有干接点输出和继电器输出两种方式，针对性地调整DI的接线方式即可以实现动作的采集[7]。

4 结论

本文阐述了应用远端IO和Modbus网关实现多个压力仪表的同步出厂标定和产品测试。通过集成远端IO基座和扩展数字量和模拟量板卡，实现压力变送器和压力开关的出厂标定和产品测试。应用Modbus网关解决了单台RS485从机无法被多台主机访问的问题，实现了压力仪表标定测试的冗余记录功能。经应用测试，所研发的压力仪表综合标定测试系统可以稳定可靠地实现压力仪表批量标定，实现生产自动化，减少了现场计量的劳动强度，同时保证了测试的准确性。