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 *** 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d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。
1、物联网的定义：
物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体，它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。
2、物联网的组成：
物联网大致可以分为以下四个层面，即：感知层、网络层、平台层以及应用层。具体如下：
（1）、感知识别层。
感知层是物联网整体架构的基础，是物理世界和信息世界融合的重要一环。在感知层，我们可以通过传感器感知物体本身以及周围的信息，让物体也具备了“开口说话，发布信息”的能力，比如声音传感器、压力传感器、光强传感器等。感知层负责为物联网采集和获取信息。
（2）、网络构建层。
网络层在整个物联网架构中起到承上启下的作用，它负责向上层传输感知信息和向下层传输命令。网络层把感知层采集而来的信息传输给物联云平台，也负责把物联云平台下达的指令传输给应用层，具有纽带作用。网络层主要是通过物联网、互联网以及移动通信网络等传输海量信息。
（3）、平台管理层。
平台层是物联网整体架构的核心，它主要解决数据如何存储、如何检索、如何使用以及数据安全与隐私保护等问题。平台管理层负责把感知层收集到的信息通过大数据、云计算等技术进行有效地整合和利用，为人们应用到具体领域提供科学有效的指导。
（4）、综合应用层。
物联网最终是要应用到各个行业中去，物体传输的信息在物联云平台处理后，挖掘出来的有价值的信息会被应用到实际生活和工作中，比如智慧物流、智慧医疗、食品安全、智慧园区等。
扩展资料：
物联网的功能主要有以下几点：
1、获取信息的功能。
信息的感知、识别，信息的感知是指对事物属性状态及其变化方式的知觉和敏感；信息的识别指能把所感受到的事物状态用一定方式表示出来。
2、传送信息的功能。
传送信息指的是信息发送、传输、接收等环节，最后把获取的事物状态信息及其变化的方式从时间(或空间)上的一点传送到另一点的任务，这就是常说的通信过程。
3、处理信息的功能。
处理信息指的是信息的加工过程，利用已有的信息或感知的信息产生新的信息，实际是制定决策的过程。
4、施效信息的功能。
施效信息指的是信息最终发挥效用的过程，有很多的表现形式，比较重要的是通过调节对象事物的状态及其变换方式，始终使对象处于预先设计的状态。
参考资料来源：百度百科-物联网
CIM的起源
从上世纪90年代开始，中国的城市管理信息化领域引入了GIS技术作为基础工具，并以此提出了城市网格化管理的理念，缓解了城市管理粗放、公共领域缺少管理的局面，取得了良好的效果，极大推进了城市管理精细化和规范化。城市管理者们在城市网络基础上，将城市信息进行业务化分类，为城市信息的融合奠定了基础，并开始地理信息共享平台的探索与建设。
从2010年开始，城市信息化的概念也由"数字城市”向“智慧城市”升级，首先是 3DGIS技术发展迅速，城市的空间表达由二维向三维化升级，通过3DGIS展现城市立体全貌，提供一个比二维地图更加精细的时空应用支撑。城市信息关联到精细的三维对象上，为多个行业提供了更加直观与精细的应用场景。
在应用维度升级的同时，随着行业应用的深入和信息采集维度的丰富，行业应用逐步由单个应用向跨业务的综合应用发展，应急救援等需要整合多个行业信息的综合业务也可以快速构建，而支撑多行业综合应用的时空信息云平台也成为城市建设的新热点和新方向。
近年来，随着物联网、大数据技术的兴起，信息资产已经成为社会管理的核心，城市智慧化的管理愈发需要跨部门、跨领域的信息融合。无论在城市生活还是城市管理中，能够支撑信息融合与信息挖掘的技术也愈发重要，城市的规划、建设、运营都将基于新的信息技术，围绕信息的采集、融合和应用而呈现新的发展动力与发展模式。
CIM城市信息模型概念
信息的实时性提高与智能化程度提升，都推动城市由物理世界向虚拟世界映射，数字驱动实体向着新的发展方向前进。城市信息化形成全要素采集、全专业建模、全生命周期管理、全空间数字化管理、全场景支撑的建设理念，城市信息模型（City Information Modeling，CIM) 的概念也正是在这样的行业发展中被提出。
政策依据
2021年3月，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》第十六章中提出，“完善城市信息模型平台和运行管理服务平台，构建城市数据资源体系，推进城市数据大脑建设。探索建设数字孪生城市。”明确提出了数字城市建设中要重点发展城市信息模型平台与数字孪生城市，CIM建设成为国家城市治理体系和治理能力现代化的目标和方向之一。
国家各部委近年来也发布政策标准，引导城市信息模型平台的建设落地。
2019年9月，住房和城乡建设部、工业和信息化部和中央网信办联合颁布《关于开展城市信息模型（CIM）基础平台建设的指导意见》，对CIM基础平台建设的定位、建设原则、建设目标、建设内容、运营维护和服务保障等工作进行了全方位的指导。
2020年3月，发改委发布了《加快培育新型消费实施方案》，将CIM定义为新一代信息基础设施建设，要推动城市信息模型（CIM）基础平台建设，支持城市规划建设管理多场景应用，促进城市基础设施数字化和城市建设数据汇聚。
2020年9月，自然资源部发布了《市级国土空间总体规划编制指南（试行）》，在文中提出“……基于国土空间基础信息平台，探索建立城市信息模型（CIM）和城市时空感知系统，促进智慧规划和智慧城市建设，提高国土空间精治、共治、法治水平”。
2020年9月27日，住建部发布《城市信息模型（CIM）基础平台技术导则》作为行业CIM基础平台建设的技术依据。
2021年4月，住建部分别就CIM基础平台建设中的数据加工、规划管理、工程报批、施工图审查、竣工验收备案等方面发布了相应标准规范的征求意见稿，对CIM平台建设提供了行业标准的参照与保障。
一、CIM基础平台的特点与价值
CIM目前重要的建设内容，是通过构建一个基于三维数字空间的现实城市数字化版本，成为连接城市现实世界与数字虚拟世界的桥梁。为城市提供全空间、全要素、全专业、全流程和全生命周期的城市数字化管理能力。这个数字化的版本，称为CIM基础平台，也是未来新一代信息基础设施。
（一）CIM基础平台的特点
传统的GIS技术支撑建设的数字城市，其城市信息管理粒度最大到城市的大型部件。CIM基础平台引入BIM信息后，城市信息管理的粒度从建筑整体延伸到了建筑构件，从而能够构建从城市宏观布局到微观部件的完整全面的城市信息框架，为城市精细化治理提供了数据基础。
住建部发行的《城市信息模型基础平台技术标准》中对CIM进行了明确的定义：城市信息模型，是以建筑信息模型（BIM）、数字孪生（Digital Twin）、地理信息系统（GIS）、物联网（IoT）等技术为基础，整合城市地上地下、室内室外、历史现状未来多维信息模型数据和城市感知数据，构建起三维数字空间的城市信息有机综合体。
三维数字空间城市信息有机综合体，就是将 BIM 在建筑领域设计、施工、运营一体化的全生命周期管理的理念应用到城市中，将以 BIM 技术提供的城市微观信息与 GIS 技术为基础的城市宏观场景信息进行融合，并将城市交通、人群、资金等等动态信息进行结构化整合，形成一个能够同步反映城市完整现状，并且对城市发展进行预测与研究的信息巨系统。
（二）CIM基础平台的价值
1CIM是空间智慧引导城市发展的切入点
CIM通过支撑构建数字化虚拟城市，实现对物理城市的映射、监管、分析和模拟，是我国数字社会建设中数字驱动发展的建设理念的具体落地实现。
借助对空间对象的分析与挖掘能力，CIM在数字空间中构建城市的信息化模型，通过空间技术对信息的分析、挖掘，能够在数字空间中对现实世界的状态发展、变化趋势、管理响应等进行判断与预测，从而能够准确地把握城市发展，指导制定城市运维管理政策与手段，减少现实中的试错成本，实现将数字成果映射到现实世界，再将数字成果反哺现实世界的双向驱动，达到城市数字驱动发展的战略目标。
2城市现代化治理需要CIM的空间智慧服务
城市现代化治理中数字治理能力建设是核心和关键。数字治理能力是面向城市不同管理领域、管理模式和管理手段的信息化能力的全面升级，利用数字技术通过对城市信息的采集、存储、计算和程序，实现监控城市运行状态，预测城市发展动向，维护城市稳定运行。
城市数字治理能力的核心是城市空间数字化能力的构建，而CIM建设是城市空间数字化能力的基础支撑与具体实践。CIM平台的总体建设目标，是通过构建城市基础设施数字化资源库，城市设施与业务建模，城市时空信息分析与挖掘能力，在统一的框架下实现城市信息共享互通，支撑城市跨部门、跨层级、跨区域的整理能力，为城市现代化治理提供城市空间的全面表达能力，城市信息挖掘的空间分析计算能力，提升城市治理的数字化水平，最终服务于城市现代化治理的总体目标。
二、CIM基础平台生命力的“3-4-5”
（一）三项关键技术
BIM+GIS+IoT是CIM平台建设的基础能力支撑。
GIS提供城市大尺度空间内的地形地貌、构造布局信息的管理与应用能力，BIM提供城市微观尺度下的部件与构件信息的构造与管理能力。通过 BIM+GIS，整合城市地上 / 地下、室 内 / 室外的空间数据体系，实现宏观 / 微观一体化的管理、展现与分析应用，结合 IoT 技术对城市信息的多维度实时采集，实现历史现状未来多维多尺度信息模型数据和城市感知数据和融合，最终构建起三维数字空间的城市信息有机综合体，并依此推动城市规划、建造、管理的新模式。
（二）四项创新理念
CIM平台是城市数字治理现代化管理理念的落地和创新。
1城市信息集成创新，通过构建城市全生命周期的数据，记录与挖掘城市成长信息，形成跨行业、跨领域的城市信息集成新模式与新理念。
2城市状态表达创新，通过构建城市全时空数据模型，让城市多维度信息能够在三维数字空间中进行融合，实现城市信息的新的表达形式。
3城市管理方法创新，通过采集构建城市全要素、全专业数据，为城市搭建“建-管-养-运”的信息化模型与业务规则，实现城市数字化精确管控。
4城市信息共享创新，通过采集城市运营全过程数据，支撑成果管理各项业务的开发与协同，促进城市支持信息的全面开放。
（三）五项核心能力
在关键技术支撑和创新理念的指导下，CIM形成聚合、表达、服务、呈现与分析5项核心能力，为城市数字孪生建设提供了基础和支撑：
1全要素数字化表达能力：对城市空/天/地、室内/室外、 地上/地下的全要素采集、数字化建库，实现二三维一体化、时空一体化城市数字底板。
2数据融合与建模能力：在城市全要素数字化基础上，以城市时空数据为主要索引，建立跨行业数据模型，实现城市全要素、全过程、一体化的时空数据体系。
3可视化呈现能力：对城市全貌大场景到城市细节的一体化多级别渲染；提供空间分析、大数据分析、仿真结果等多主体可视化能力，支持大屏、网页、移动端等多种显示场景。
4空间分析计算能力：是指基于城市三维模型，针对具体业务指标建立分析模型，进行空间数据相关计算、分析、展示的能力。
5数据服务共享能力：基于CIM的全要素时空数据资源和跨行业建模与分析能力，以数据信息服务的方式提供各业务使用，支持更为精确全面的呈现和表达，更准确地实现动态监测、趋势预判等功能。
三项关键技术与四项创新理念，形成了CIM五项基础核心能力，为城市管理数字化与智慧化提供持续的生命力。
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