请结合一个物联网技术在商务领域的应用案例,介绍该案例包括哪些子系统或模块?

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。

GCU521、AI751、DI751、AO751、DO751、COM521等型号为中控GCS-G5系列产品旗下的功能模块。
GCS平台是浙江中控面向大规模分布式SCADA以及机电控制领域推出的网络化混合控制系统产品，包括适用于中大型混合控制场合的G5高性能PLC和适用于分布式测控场合的G3分布式RTU系列。主要应用领域包括油气开采、管道输送、油品储运、粮食仓储、供热管网、轨道交通、隧道廊道、能源监控、自动化生产线、市政物联网及智慧城市等。

一、性质不同

1、RTU：构成企业综合自动化系统的核心装置。

2、DTU：专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。

二、硬件组成不同

1、RTU硬件组成：RTU的硬件主要包括CPU、存储器和各种输入输出接口。这些模块集成在电路板中，RTU的功能模块通过电路板布线连接。

2、DTU硬件组成：DTU 硬件组成部分主要包括CPU控制模块、无线通讯模块以及电源模块。

三、应用不同

1、RTU应用：适用于较恶劣的温湿度环境，提供更多的计算功能。rtu产品广泛应用于油气、水利、电力调度、市政调度等行业的SCADA系统中。

2、DTU应用：DTU已广泛应用于电力、环保、LED信息发布、物流、水文、气象等行业。虽然应用行业不同，但应用原理是一样的。其中大部分是与工业设备如PLC，单片机等自动化产品连接，然后与后台建立无线通信连接。

参考资料来源：百度百科-RTU

参考资料来源：百度百科-DTU

一、主要区别：DTU是SOCKET连接的客户端。因此只有DTU是不能完成数据的无线传输的，还需要有后台软件的配合一起使用。FTU与RTU有以下区别：FTU体积小、数量多，可安置在户外馈线上，设有变送器，直接交流采样，抗高温，耐严寒，适应户外恶劣的环境；而RTU安装在户内，对环境要求高；FTU采集的数据量小，通信速率要求较低，可靠性要求较高；而RTU采集的数据量大，通信速率较高，可靠性要求高，有专用通道。TTU则是单一功能单元，仅对配电变压器的信息采集和控制。
二各单元主要特点：

DTU：（Distribution Terminal Unit）配电终端单元，用于开闭所，环网柜，变电所的多回路数据采集（包括：三相电压，三相电流，有功，无功，频率，开关位置等）、通讯、管理。具有更多回路，更多参数监控管理的能力，并上传至上层主站。功能更强，适应范围更加广泛DTU。已经广泛应用于电力、环保、LED信息发布、物流、水文、气象等行业领域。如上图所示，尽管应用的行业不同，但应用的原理是相同的。大都是DTU和行业设备相连，比如PLC，单片机等自动化产品的连接，然后和后台建立无线的通信连接。DTU的主要功能是把远端设备的数据通过无线的方式传送回后台中心。如右图所示，要完成数据的传输需要建立一套完整的数据传输系统。在这个系统中包括：DTU，客户设备、移动网络、后台中心。在前端，DTU和客户的设备通过232或者485接口相连。DTU上电运行后先注册到移动的GPRS网络，然后去和设置在DTU中的后台中心建立SOCKET连接。后台中心作为SOCKET的服务端，DTU是SOCKET连接的客户端。因此只有DTU是不能完成数据的无线传输的，还需要有后台软件的配合一起使用。在建立连接后，前端的设备和后台的中心就可以通过DTU进行无线数据传输了，而且是双向的传输。

FTU：（Feeder Terminal Unit ）馈线远方终端，用于测量馈线的三相参数（包括：三相电压，三相电流，有功，无功，频率等），监控，保护配电系统中的馈线，与配电自动化主站通信，将信息提供给配电监控主站系统，执行主站对馈线及其终端设备的调节和控制。FTU是安装在配电室或馈线上的智能终端设备。它可以与远方的配电子站通信，将配电设备的运行数据发送到配电子站，还可以接受配电子站的控制命令，对配电设备进行控制和调节。

RTU：（Remote Terminal Unit）远程终端单元，通用于对现场信号、电力设备的监测和控制。RTU通常要具有优良的通讯能力和更大的存储容量，适用于更恶劣的温度和湿度环境，提供更多的计算功能。与常用的可编程控制器PLC相比，RTU通常具有优良的通讯能力和更大的存储容量，适用于更恶劣的温度和湿度环境，提供更多的计算功能。RTU产品在石油天然气、水利、电力调度、市政调度等行业SCADA系统中广泛应用。

在电力系统配置中，还有一个TTU。TTU：(Transformer Terminal Unit)配电变压器远方终端，用于对配电变压器的信息采集和控制（包括：三相电压，三相电流，有功，无功，频率，温度，瓦斯等），它实时监测配电变压器的运行工况，保护变压器的安全运行，调整无功补偿，并能将采集的信息传送到主站或其他的智能装置，提供配电系统运行控制及管理所需的数据。 


 

4G DTU已被广泛应用于物联网产业链中的 M2M 行业，以四信4G DTU F2816为例，它的应用场景如智能电网、 智能交通、智能家居、金融、移动 POS 终端、供应链自动化、工业自 动化、智能建筑、消防、公共安全、环境保护、气象、数字化医疗、遥 感勘测、军事、空间探索、农业、林业、水务、煤矿、石化等领域。
而4G RTU最直接的是应用在水利行业上，RTU直接连接水位计；还可以应用在温湿度监控、热网监控、燃气监控、环保检测、气象检测、交通控制等行业上。

5G边缘计算物联网关的出现意义重大，随着物联网不断扩大的用户网络和不断增长的数据量，网络性能不受影响是企业面临的巨大挑战，因此边缘计算正成为物联网的解决方案。

5G边缘计算物联网关可以保持较高的连接速度并最小化延迟，收集和产生的数据将在更靠近设备本身的地方进行处理，而不是通过远距离传输到集中的数据中心或云中进行处理。利用占用空间很少的微型数据中心网状网络，边缘计算使组织能够实时收集并分析重要数据，而不会增加现有基础设施的负担。

5G边缘计算物联网关功能配置

1、强大的数据采集功能，可实现串口数据、模拟量和开关量信号、2路局域网数据的采集并转发至指定服务器。

2、支持视频传输、支持视频数据叠加、支持抓拍功能（定制）。

3、行业接口丰富可兼容采集多种工业传感器采集需求，RS232接口、RS485接口、I2C接口、TTL电平串口、开关量输入接口、模拟量输入接口、继电器输出、电源输出（外设供电）等。

4、通信灵活，集5G/4G网络、广域网、局域网、GPRS、WIFI（可选）等多种通信方式，可选NB-IOT通信方式。

5、丰富协议库，支持ModbusRTU、ModbusTCP、MQTT、OPC、>