CN112087357B - 一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱及控制方法 - Google Patents

一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱及控制方法 Download PDF

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Abstract

一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱的箱体中上部设有导轨，导轨上依次设有微型断路器、防浪涌模块、自复式延时过欠压保护模块、电源转换模块、Modbus地址转换模块，箱体底部设有接地螺栓，左侧通过铰链设有箱门，电源通过导线依次连接电源输入端子、微型断路器、防浪涌模块、自复式延时过欠压保护模块，去除浪涌、检测电压，再经过电源转换模块转换为合适电压，供给Modbus地址转换模块。Modbus地址转换模块通过通讯端子⓪与Modbus‑RTU主机连接，通过通讯端子①‑⑫分别与Modbus‑RTU仪表①‑⑫连接，将RS485的Modbus协议地址映射为端口号。本发明在更换仪表后无需重新配置通讯地址及调试接线，直接连接即可自动识别仪表序号，各路信号输入隔离保护，能防止因供电电压不正常导致设备损坏。

Description

一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱及控制方法
技术领域
本发明涉及油田注水生产数字化信息化技术，具体而言是一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱及控制方法。
背景技术
使用Modbus-RTU协议485总线方式传输的仪表，通过仪表地址来区分各个仪表,普遍采用将仪表通讯地址转存入寄存器的方式来优化数据传输,但是这类方法有一个共同的问题：需要先配置仪表地址，才能让仪表正常通讯。另外现场上存在工业用电电压偏高、电压波动、雷击、电源闪停、工况潮湿等问题，易导致仪表损坏。仪表的更换操作需要重新配置地址和接线，工作效率较低。
已有的专利技术如：一种用于电量模块的Modbus地址重映射方法【ZL201410720241.3】，属于电网信息数据采集领域。电量模块作为Modbus从站，具有Modbus数据区和Modbus地址重映射区，可以实现Modbus地址的重新映射。用户可以通过访问连续的Modbus地址重映射区，实现对电量模块多个编址不连续数据寄存器的访问，提高了通信效率，但该方法仅提高了通信效率而未进行地址转换，无法实现不更改设备地址的情况下互换设备，因此需要改进。
变频器及其在Modbus通讯协议下的地址映射方法【ZL201310477543.8】，是一种通过Modbus协议，将不同品牌变频器Modbus通信地址，映射到与其相同的功能Modbus通讯地址中的变频器及其Modbus通讯协议下的地址映射方法，其特征在于通讯模块内还设有用于接收并存储由系统上位机发送的映射地址的映射地址处理及存储模块，其中映射地址处理及存储模块与参数地址存储模块相连接，本发明与现有技术相比，能将任何厂家变频器的Modbus通信地址映射到与其相同的功能的变频器Modbus通信地址下，在不更换通信程序的前提下，可方便的替换各种型号的待替换变频器。但是该方案仅对功能进行了映射，无法实现不更改设备地址的情况下互换设备，因此需要改进。
一种在RS— 485上使用Modbus通讯协议自动识别地址的方法【ZL201410330307.8】，在通讯命令中,设置广播寄存器命令FX，控制器用查询类命令发送FX到RS—485总线上，接收全部挂接在总线上的器件的总ID，从控制器接收到FX后，将器件上总ID，发送到RS—485总线上；有相同值 ,则按器件ID值大小排序，根据接收到的Modbus地址，将原Modbus地址改为主控制器设置的Modbus地址并保存，如器件ID值不同,则不响应。该方法要求仪表ID值不同,而现场上同类仪表ID值相同，所以该方法无法实现地址转换的目的。因此，有必要进行改进。
在Modbus通信网络中为从节点设备分配网络地址的方法【ZL201110331464.7】，是一种在Modbus网络中为从节点设备分配地址的方法，属于通信领域，该方法实现了由主节点设备自动对Modbus网络中的各从节点设备的自动识别并分配Modbus地址的方法。相对于现有技术，本发明能够在较短的时间内确定Modbus网络中从节点设备的Mosbus地址，并且能根据从节点地址的大小来设定从节点设备的响应延迟时间，加快从节点设备地址的设定速度。该方法需要特定的主机或仪表进行配合，现场应用投资大，难以推广应用，有必要进行改进。
发明内容
本发明的目的就是针对上述存在的技术问题，提供一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱及控制方法。通过设计供电防护，来防止供电异常对接入设备造成的损害；通过将通讯地址映射为通讯端子号，统一仪表的通讯地址，免去更换仪表时配置仪表的麻烦，消除总线上各仪表之间的相互干扰。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱，包括：微型断路器、电源输入端子、接地螺栓、防浪涌模块、自复式延时过欠压保护模块、电源转换模块、Modbus地址转换模块、通讯端子⓪-⑫、安装孔、导轨、箱门、门锁和箱体；其特征在于：所述箱体的中上部设有导轨，导轨上从左至右依次设有微型断路器、防浪涌模块、自复式延时过欠压保护模块、电源转换模块、Modbus地址转换模块，电源通过导线依次与电源输入端子、微型断路器、防浪涌模块连接，去除浪涌，然后进入自复式延时过欠压保护模块检测电压，再经过电源转换模块转换为合适电压，供给Modbus地址转换模块，Modbus地址转换模块通过通讯端子⓪与Modbus-RTU主机连接，通讯端子①-⑫分别与Modbus-RTU仪表①-⑫连接，Modbus地址转换模块将Modbus-RTU主机下发到不同通讯地址的指令转换为通向不同端子同一地址的指令，实现仪表地址统一，箱体的底部设有接地螺栓，左侧通过铰链设有箱门。
优选的，一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱中的通讯端子⓪-⑫为防水快速连接通讯端子。
优选的，一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱中的箱体为长方形箱体，四个角设有耳柄，耳柄上各设有一个安装孔。
优选的，一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱中的安装孔设在箱体的后壁四个角内。
优选的，一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱中的箱门上设有门锁。
优选的，一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱中的箱体采用不锈钢板材料制作。
优选的，一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱中的箱门与箱体配合，之间设有密封带。
一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱控制方法：通过Modbus通讯地址转换程序，将RS485的Modbus协议地址映射为通讯端子号，Modbus地址转换模块代替485通讯总线，Modbus地址转换模块将Modbus-RTU主机下发到不同通讯地址的指令转换为通向不同端子同一地址的指令，实现仪表地址统一，控制方法如下：Modbus-RTU主机指令下发过程：Modbus-RTU主机发送指令给Modbus-RTU仪表②，通过通讯端子⓪发送指令1：02H 03H 00HFEH 00H 0BH 65H CEH到Modbus地址转换模块，其中：指令1中02H是的目标地址，03H 00HFEH 00H 0BH是指令内容，65H CEH是数据校验码，Modbus地址转换模块先存储指令1的目的地址02H，Modbus地址转换模块的处理程序开始指令转换，将指令1地址转变为01H，校验码重新校验，得到转换后的指令2：01H 03H 00H FEH 00H 0BH 65H FDH，然后根据之前存储指令1的地址02H，将指令2发到通讯端子②上通讯地址为01H的Modbus-RTU仪表②；依此类推，主机发往通讯地址01H、02H、03H……0CH的数据，都能分别到达通讯端子①-⑫，且通讯地址为01H的Modbus-RTU仪表，然后是仪表回复指令：Modbus-RTU仪表②回复指令给主机；Modbus-RTU仪表②回复指令3：01H 03H 02H 00H …… FEH 00H 0BH E7H 17H，其中：指令3中01H的回复地址，03H 02H 00H …… FEH 00H 0BH是指令内容，E7H 17H是数据校验码，经过通讯端子②进入Modbus地址转换模块，Modbus地址转换模块根据通讯端子②将地址转换为02H，并重新校验得到指令4：02H 03H 02H 00H …… FEH 00H 0BH 50H F0H，然后将指令4发送到通讯端子⓪的Modbus-RTU主机，Modbus-RTU主机通过指令4的地址02H，识别这是Modbus-RTU仪表②回复的指令；依此类推，通讯端子①-⑫且通讯地址为01H的Modbus-RTU仪表回复给Modbus-RTU主机的指令，通过将通讯端子号分别转换为指令地址01H、02H、03H……0CH，使得Modbus-RTU主机能够准确的识别是哪一台仪表回复的指令，上述通讯中所有Modbus-RTU仪表的通讯地址都统一为01H，更换仪表时就不需要重新配置地址；其中，Modbus-RTU主机和Modbus-RTU仪表的通讯端子，经过Modbus地址转换模块的内置光电隔离后，再并入Modbus地址转换模块的主线；通过防浪涌模块、自复式延时过欠压保护模块和电源转换模块，在发生电压超压、欠压及漏电等供电异常时，保护Modbus通讯地址转换箱内的设备不受损害。
优选的，一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱中的通讯端子为防水快速连接通讯端子。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的有益效果是：
适用于油田生产数字化信息化领域，实现更换注水流量计后无需重新配置通讯地址及调试接线，直接连接即可自动识别仪表序号；各路信号输入隔离保护，一台设备损坏不影响其他设备的通讯；能防止因供电电压不正常导致设备损坏。还适用于多个设备相互通讯的场所，应用该设备后更换设备时，不需要重新配置设备地址，应用前景广阔。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件，附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，通过优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1-本发明安装结构示意图
图2-本发明工作原理框图
图中：1.微型断路器、2.电源输入端子、3.接地螺栓、4.防浪涌模块、5.自复式延时过欠压保护模块、6.电源转换模块、7.Modbus地址转换模块、8.通讯端子、9.安装孔、10.导轨、11.箱门、12.门锁、13.箱体。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一个或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，具体的理解为：可以同时包含有A与B，可以单独存在A，也可以单独存在B，能够具备上述三种任一种情况。
如图1所示，一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱，包括：微型断路器1、电源输入端子2、接地螺栓3、防浪涌模块4、自复式延时过欠压保护模块5、电源转换模块6、Modbus地址转换模块7、通讯端子⓪-⑫8、安装孔9、导轨10、箱门11、门锁12和箱体13；其特征在于：所述箱体13的中上部设有导轨10，导轨10上从左至右依次设有微型断路器1、防浪涌模块4、自复式延时过欠压保护模块5、电源转换模块6、Modbus地址转换模块7，电源通过导线依次与电源输入端子2、微型断路器1、防浪涌模块4连接，去除浪涌，然后进入自复式延时过欠压保护模块5检测电压，再经过电源转换模块6转换为合适电压，供给Modbus地址转换模块7，Modbus地址转换模块7通过通讯端子⓪与Modbus-RTU主机连接，通讯端子①-⑫分别与Modbus-RTU仪表①-⑫连接，Modbus地址转换模块7将Modbus-RTU主机下发到不同通讯地址的指令转换为通向不同端子同一地址的指令，实现仪表地址统一，箱体13的底部设有接地螺栓3，左侧通过铰链设有箱门11。
所述通讯端子⓪-⑫为防水快速连接通讯端子。
所述箱体13为长方形箱体，四个角设有耳柄，耳柄上各设有一个安装孔9。
所述安装孔9设在箱体13的后壁四个角内。
所述箱门11上设有门锁12。
所述箱体13采用不锈钢板材料制作。
所述箱门11与箱体13配合，之间设有密封带。
一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱控制方法：通过Modbus通讯地址转换程序，将RS485的Modbus协议地址映射为通讯端子号，Modbus地址转换模块7代替485通讯总线，Modbus地址转换模块7将Modbus-RTU主机下发到不同通讯地址的指令转换为通向不同端子同一地址的指令，实现仪表地址统一，控制方法如下：Modbus-RTU主机指令下发过程：Modbus-RTU主机发送指令给Modbus-RTU仪表②，通过通讯端子⓪发送指令1：02H 03H 00HFEH 00H 0BH 65H CEH到Modbus地址转换模块7，其中：指令1中02H是的目标地址，03H 00HFEH 00H 0BH是指令内容，65H CEH是数据校验码，Modbus地址转换模块7先存储指令1的目的地址02H，Modbus地址转换模块7的处理程序开始指令转换，将指令1地址转变为01H，校验码重新校验，得到转换后的指令2：01H 03H 00H FEH 00H 0BH 65H FDH，然后根据之前存储指令1的地址02H，将指令2发到通讯端子②上通讯地址为01H的Modbus-RTU仪表②；依此类推，主机发往通讯地址01H、02H、03H……0CH的数据，都能分别到达通讯端子①-⑫，且通讯地址为01H的Modbus-RTU仪表，然后是仪表回复指令：Modbus-RTU仪表②回复指令给主机；Modbus-RTU仪表②回复指令3：01H 03H 02H 00H …… FEH 00H 0BH E7H 17H，其中：指令3中01H的回复地址，03H 02H 00H …… FEH 00H 0BH是指令内容，E7H 17H是数据校验码，经过通讯端子②进入Modbus地址转换模块7，Modbus地址转换模块7根据通讯端子②将地址转换为02H，并重新校验得到指令4：02H 03H 02H 00H …… FEH 00H 0BH 50H F0H，然后将指令4发送到通讯端子⓪的Modbus-RTU主机，Modbus-RTU主机通过指令4的地址02H，识别这是Modbus-RTU仪表②回复的指令；依此类推，通讯端子①-⑫且通讯地址为01H的Modbus-RTU仪表回复给Modbus-RTU主机的指令，通过将通讯端子号分别转换为指令地址01H、02H、03H……0CH，使得Modbus-RTU主机能够准确的识别是哪一台仪表回复的指令，上述通讯中所有Modbus-RTU仪表的通讯地址都统一为01H，更换仪表时就不需要重新配置地址；其中，Modbus-RTU主机和Modbus-RTU仪表的通讯端子，经过Modbus地址转换模块7的内置光电隔离后，再并入Modbus地址转换模块7的主线；通过防浪涌模块4、自复式延时过欠压保护模块5和电源转换模块6，在发生电压超压、欠压及漏电等供电异常时，保护Modbus通讯地址转换箱内的设备不受损害。
以上尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明的所有变更和修改。

Claims (8)

1.一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱，包括：微型断路器（1）、电源输入端子（2）、接地螺栓（3）、防浪涌模块（4）、自复式延时过欠压保护模块（5）、电源转换模块（6）、Modbus地址转换模块（7）、通讯端子⓪-⑫（8）、安装孔（9）、导轨（10）、箱门（11）、门锁（12）和箱体（13）；其特征在于：所述箱体（13）的中上部设有导轨（10），导轨（10）上从左至右依次设有微型断路器（1）、防浪涌模块（4）、自复式延时过欠压保护模块（5）、电源转换模块（6）、Modbus地址转换模块（7），电源通过导线依次与电源输入端子（2）、微型断路器（1）、防浪涌模块（4）连接，去除浪涌，然后进入自复式延时过欠压保护模块（5）检测电压，再经过电源转换模块（6）转换为合适电压，供给Modbus地址转换模块（7），Modbus地址转换模块（7）通过通讯端子⓪与Modbus-RTU主机连接，通讯端子①-⑫分别与Modbus-RTU仪表①-⑫连接，Modbus地址转换模块（7）将Modbus-RTU主机下发到不同通讯地址的指令转换为通向不同端子同一地址的指令，实现仪表地址统一，箱体（13）的底部设有接地螺栓（3），左侧通过铰链设有箱门（11）。
2.根据权利要求1所述一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱，其特征在于：所述通讯端子⓪-⑫为防水快速连接通讯端子。
3.根据权利要求1所述一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱，其特征在于：所述箱体（13）为长方形箱体，四个角设有耳柄，耳柄上各设有一个安装孔（9）。
4.根据权利要求3所述一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱，其特征在于：所述安装孔（9）设在箱体（13）的后壁四个角内。
5.根据权利要求1所述一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱，其特征在于：所述箱门（11）上设有门锁（12）。
6.根据权利要求1所述一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱，其特征在于：所述箱体（13）采用不锈钢板材料制作。
7.根据权利要求1所述一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱，其特征在于：所述箱门(11)与箱体（13）配合，之间设有密封带。
8.一种基于油田数字化Modbus通讯地址转换箱控制方法：
通过Modbus通讯地址转换程序，将RS485的Modbus协议地址映射为通讯端子号，Modbus地址转换模块（7）代替485通讯总线，Modbus地址转换模块（7）将Modbus-RTU主机下发到不同通讯地址的指令转换为通向不同端子同一地址的指令，实现仪表地址统一，控制方法如下：
Modbus-RTU主机指令下发过程：Modbus-RTU主机发送指令给Modbus-RTU仪表②，通过通讯端子⓪发送指令1：02H 03H 00H FEH 00H 0BH 65H CEH到Modbus地址转换模块（7），其中：指令1中02H是的目标地址，03H 00H FEH 00H 0BH是指令内容，65H CEH是数据校验码，Modbus地址转换模块（7）先存储指令1的目的地址02H，Modbus地址转换模块（7）的处理程序开始指令转换，将指令1地址转变为01H，校验码重新校验，得到转换后的指令2：01H 03H00H FEH 00H 0BH 65H FDH，然后根据之前存储指令1的地址02H，将指令2发到通讯端子②上通讯地址为01H的Modbus-RTU仪表②；依此类推，主机发往通讯地址01H、02H、03H……0CH的数据，都能分别到达通讯端子①-⑫，且通讯地址为01H的Modbus-RTU仪表，然后是仪表回复指令：Modbus-RTU仪表②回复指令给主机；Modbus-RTU仪表②回复指令3：01H 03H 02H00H …… FEH 00H 0BH E7H 17H，其中：指令3中01H的回复地址，03H 02H 00H …… FEH00H 0BH是指令内容，E7H 17H是数据校验码，经过通讯端子②进入Modbus地址转换模块（7），Modbus地址转换模块（7）根据通讯端子②将地址转换为02H，并重新校验得到指令4：02H 03H 02H 00H …… FEH 00H 0BH 50H F0H，然后将指令4发送到通讯端子⓪的Modbus-RTU主机，Modbus-RTU主机通过指令4的地址02H，识别这是Modbus-RTU仪表②回复的指令；依此类推，通讯端子①-⑫且通讯地址为01H的Modbus-RTU仪表回复给Modbus-RTU主机的指令，通过将通讯端子号分别转换为指令地址01H、02H、03H……0CH，使得Modbus-RTU主机能够准确的识别是哪一台仪表回复的指令，上述通讯中所有Modbus-RTU仪表的通讯地址都统一为01H，更换仪表时就不需要重新配置地址；其中，Modbus-RTU主机和Modbus-RTU仪表的通讯端子，经过Modbus地址转换模块（7）的内置光电隔离后，再并入Modbus地址转换模块（7）的主线；通过防浪涌模块（4）、自复式延时过欠压保护模块（5）和电源转换模块（6），在发生电压超压、欠压及漏电等供电异常时，保护Modbus通讯地址转换箱内的设备不受损害。
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