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。
通过高低压隔离耦合电路，隔离低频三相交流电与单板低压，保证单板安全，同时提供PLC信号注入和提取的高频通路。
通过接收链路，滤波、处理从交流电力线上提取的PLC信号。
通过发送链路，对PLC信号进行功率放大，然后向交流电力线注入PLC信号。
通过PLC控制器，实现PLC信号和RS485信号双向转换。
通过RS485收发接口电路，提供RS485信号接收和发送的通路，实现与数据采集器通信
华为plc智能家居方案工作原理
华为plc智能家居方案这是基于HPLC/IEEE19011结合华为特有技术，且面向物联网场景的中频带电力线载波通信技术。其工作频段范围在07-12MHz，噪声低且相对稳定，信道质量好；采用正交频分复用（OFDM）技术，频带利用率高，抗干扰能力强；通过将数字信号调制在高频载波上，实现数据在电力线介质的高速长距离传输。PLC-IoT应用层通信速率在100Kbps到2Mbps，通过多级组网可将传输距离扩展至数公里，基于IPv6可承载丰富的物联网协议，使能末端设备智能化、实现设备全联接。
同时，PLC-IoT精确有效地建立了电力线通信信道传输模型，根据频率选择特性确定最佳信号传输频率，并通过大量的实测数据分析获得电力线的信道特性。可将其优势可以总结为：
一、基于开放标准的IPv6技术，不同类型的末端设备可以共享PLC网络，物联网关主机侧应用和容器内多个应用也可共享同一个PLC网络，独立访问各自管理的末端设备而互不影响，提升PLC网络的并发能力和通信效率。
二、基于华为主推的新一代台区识别技术，无需任何外加设备，根据宽带载波技术特点和电网及信号特性，仅通过软件分析处理，在模块本地自动分析出末端设备所归属的变压器区域。利用无扰台区识别的结果，可免除白名单配置，从而减少现场配置，提升设备部署效率。
三、PLC-IoT+RF双模通信采用宽带电力线载波与微功率无线通信技术融合，在高频次采集的场景下，PLC-IoT与RF双通道并行采集不同节点的数据，提升效率40%左右。关键信息交互时，双通道可同时传输关键信息，形成冗余通道，实现可靠通信。并且当设备发生停电故障、PLC链路断开时，可通过RF通信及时上报停电事件。
四、PLC-IoT模块配合旁路耦合电路，为PLC-IoT通信提供了又一种逃生通道。当电力线开关断开后，PLC-IoT模块可通过旁路耦合单元继续通信，将停电事件等重要信息上报给物联网关，实现停电主动抢修，提升运营效率和客户满意度，解决停电后如何将信息上报并及时进行处理的问题。
五、PLC-IoT模块结合边缘计算网关，提供即插即用框架，PLC-IoT尾端模块开放SDK，第三方应用通过简单函数调用，即可实现自身末端设备的自动发现，以及向容器中业务APP与远端物联网平台的注册，使能物联网关与末端设备快速建立业务通道，有效解决传统末端设备上线流程复杂，安装部署耗时的问题。
PLC-IoT产品：
PLC头端
》IP化PLC头端通信模块（配套核心板使用）
》作为PLC网络的中央协调器，负责组建PLC网络
》尺寸：9262mm6762mm245mmPLC小型化尾端
》IP化PLC尾端通信模组（集成在末端设备中）
》作为PLC网络的组网节点，受协调器管理
》支持合作伙伴二次开发
》尺寸：36mm27mm1755mm（不含pin针）PLC标准化尾端
》IP化PLC尾端通信模块
》作为PLC网络的组网节点，受协调器管理
》尺寸：655mm453mm20mm物联网关核心板
》边缘计算核心板，支持虚拟化和容器技术
》支持合作伙伴基于容器开发APP应用
》尺寸：926mm80mm139mm
华为PLC解决方案
以华为全屋智能主机为中央控制系统，具备稳定可靠的PLC全屋网络，高速全覆盖的全屋WiFi，支持丰富的可拓展的鸿蒙生态2配套，对全屋环境、用户行为及系统设备等进行分布式信息管理和智能决策，给用户带来沉浸式、个性化、可成长的全场景智慧体验。
方案配置中包含PLC硬件使能器件+场景体验：其中硬件包括，全屋智能主机（含全屋Wi-Fi6+系统），以及传感器类，窗帘电机类，照明驱动类（含灯具），控制面板类等核心PLC硬件使能器件，场景体验包括，预置50+场景，其中包含首批鸿蒙AI场景（普通场景为通过ifttt预设条件设置的场景，鸿蒙场景为搭载鸿蒙系统搭建的全新AI场景），同时支持消费者自定义拓展场景体验。
为家庭的两张网络，一张为采用最新PLC技术的全屋家庭控制总线网络，全屋PLC技术具有高成熟、高稳定、高连接、高可靠、易布署等优势。目前已实现支持2000米传输距离，轻松覆盖高达500平的大户型，华为实验室测试显示累计100万+小时不掉线，通讯成功率高达9999%，极端条件断网不断联；在扩展性上可连接设备多达384个，满足家庭大量设备扩展需求。
另一张为实现全屋无死角覆盖的全屋Wi-Fi6+无线网络，也是家庭宽带的优势解决方案。全屋Wi-Fi6+主路由模块包含1个IPTV、1个上行连光猫、1个连PLC、5个多房间AP扩展共8个网口，实现全屋Wi-Fi覆盖。
plc技术是什么
在知道什么是PLC-IoT之前，我们需要先了解PLC是什么。PLC（PowerLineCommunication）即电力线通信，又称电力线网络，指利用既有电力线，将数据或信息以数字信号处理方式进行传输。
PLC不需要组网和额外通讯费用，与现有路灯控制系统兼容也非常好。但是PLC受线缆质量、负载影响较大，对信号的抗干扰能力较差。
PLC-IoT（PowerLineCommunicationInternetofThings）对PCL进行了改良，PLC-IoT的抗干扰能力更强，信通的质量更好，同时，可以将数字信号调制在高频载波上，通过多级组网可将传输距离扩展至数公里，实现数据在电力线介质的高速长距离传输。
简单来说PLC，即电力线通信技术（PowerLineCommunication，简称PLC）是以电力线（低压、中压或者直流）作为媒介，传输数据与信息的一种载波通信方式。
PLC电力线通信技术实现了数据在电力线高速、可靠、实时、长距离的传输，突出特点是网随电通，无需额外部署专门的通信线即可接入网络，华为全屋智能是基于华为海思PLC-IoT芯片开发的全屋智能系统。
PLC-IoT系统可以单独控制各个设备，也可以根据需求编辑场景实现不同产品同时控制，可以与HiLink平台的各个设备实现联动控制，用户通过华为智慧生活App远程或近端查看和控制设备。
华为全屋智能PLC与传统PLC区别
电力载波技术十多年前也有应用，像电力猫等也一直在使用这一技术。
华为全屋智能使用的PLC技术跟传统PLC技术本质的区别在于使用协议、带宽技术、传输数据类别。
首先不同于路由器、电力猫使用的PLC技术，华为全屋智能PLC-IoT是基于协议IEEE19011的系统；而路由器PLC是基于协议Ghn的技术。IEEE19011协议属于窄带技术，频宽16MHz-12MHz，仅传输控制信令和心跳报文，每个设备对带宽的占用很小；而Ghn技术属于宽带技术，因为在传输数据类别上面效率就完全不一样，传统PLC技术，传输的是数据业务，占据大量带宽资源，所以在使用中可能会受到其他电器的噪声干扰，导致传输速率有跳变，在部分干扰较大的场景下，会影响使用体验，也就是通常说的“失灵”，而其通常在开放环境使用，没有隔离器等措施，容易受到干扰。
华为全屋智能的PLC-IoT系统作为一条独立的回路接入家庭电路中，为了减少阻断传统家电设备产生的噪声，在独立回路上安装了一个滤波器，阻断掉传统家电对智能家具设备的干扰，从而达到稳定、安全的需求。PLC回路可最多支持384个设备。智能家居PLC技术是一个成熟的技术，在电力网，路灯等工业场景广泛应用，稳定通信距离可以高达2KM，华为将这个技术应用到家居场景，设备的连接稳定性可以得到保障。
华为PLC是什么
PLC只是一种技术路线，和ZigBee，SigMesh，甚至传统的总线技术一样，它就是个技术路线而已，直到目前，ZigBee和SigMesh也没有分出个高下，有所长也有所短，PLC加入战局把传统的总线技术也放到了一起对比，这是ZigBee和SigMesh无法做到的。
PLC已经在远程抄表和路灯监控的应用上验证了自身“广域”的应用价值，只这一点就是其它所有技术路线都几乎无法企及的，华为的野心在于真正的万物互联，智能家居只是其中一个部分，PLC几乎同时可以满足广域智能互联和家居智能互联的应用，又能同时兼顾快速改造和重新搭建两种业务应用类型，所以是个“大致正确”的方向，剩下的问题只是技术和应用的成熟度，以及性价比。
另外一个非常重要的但通常都不会被放到桌面上来讲的内容，是标准，这不仅涉及到利益，和5G技术应用一样，用星条国的话讲，还涉及到国家和社会安全，以及家庭和个人隐私保护。
如果ZigBee，SigMesh、KNX和PLC都能达到基本一样的互联和智能效果，性价比方面不会有过大的差别，在社会公共领域和大规模家庭应用方面，PLC会成为首选项，这是社会综合需求。
巨型企业做标准和资本，大型企业做战略和策略，中型企业做业务和渠道，小型企业做产品和技术，重心是不一样的，目标也是不一样的，结果当然不一样。
PLC至少有三个因素符合华为智能互联方面的技术路线选择需求：1、应用领域的覆盖性；2、全新的标准制定；3、有线无线的无缝结合。
在此基础上，华为强调的是HiLink系统，并没有完全排斥其它类型的智能技术融合，比如SigMesh，也是很有希望融入到华为的智能互联体系内的。
HiLink是根系，Wi-Fi是主干，PLC和SigMesh还有其它一些有可能融入的智能互联技术是分支，智能音箱路由网关开关面板插座是绿叶，终端应用产品是开花结果。华为plc智能家居方案这套系统能让现实更接近理想中的智能生活，想当年这种设计只会出现在科幻故事、里，像一回家，就自动开窗帘、开地暖，把灯光调到合适亮度，反正想实现什么功能，直接买个功能家电接入这套全屋智能系统即可。
前段时间研究物联网，我发现亚马逊云科技的物联网技术还挺厉害的。Amazon IoT Analytics是一项完全托管的服务初心，它可以轻松地运行和实施大量IoT数据的复杂分析，而不必担心构建IoT分析平台通常所需的成本和复杂性。我印象比较深的案例是，可以使用这项服务更好地预测相关货运车辆上的加热和冷却系统何时会出现故障，并进行相应的维修，以防止装运损失。我们公司就是可以开发的，如果你们公司内部没有这样的技术，团队，可以考虑找软件公司开发，这样也省去了你们学习和犯错的时间，给有技术的软件公司开发相对来说，比你们自己开发的优势还是有很多的。
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