CN220304649U - 一种基于Modbus/TCP现场总线技术的称重模块 - Google Patents
一种基于Modbus/TCP现场总线技术的称重模块 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于Modbus/TCP现场总线技术的称重模块，包括称重模块壳体以及设置于称重模块壳体内的单片机、与单片机连接的隔离单元、电源单元、模拟量输入单元、总线通信单元，以及与单片机电连接的系统状态指示灯、网络状态指示灯、网络链路指示灯、模拟量输入状态指示灯、供电指示灯、地址拨码，本实用新型采用Modbus/TCP总线协议，数据响应速度快，采用高精度模数转换芯片，分辨率高，系统稳定性好，可靠性强。
Description
技术领域
本实用新型涉及工业称重模块，具体是指一种基于Modbus/TCP现场总线技术的称重模块。
背景技术
称重技术是物流计量的主要技术之一，钢铁厂有着物料配比和冶炼等生产过程中的控制要求，称量设备使用与从原料输入到铁、钢、坯、材的流转过程和成品出厂全过程的物流计量及过程控制；称重技术必须与控制系统和信息管理系统紧密结合，因此对称重模块有响应速度、分辨率、稳定性、可靠性等方面有较高的要求。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：一种基于Modbus/TCP现场总线技术的称重模块，包括称重模块壳体以及设置于称重模块壳体内的单片机、与单片机连接的隔离单元、电源单元、模拟量输入单元、总线通信单元，以及与单片机电连接的系统状态指示灯、网络状态指示灯、网络链路指示灯、模拟量输入状态指示灯、供电指示灯、地址拨码。
进一步地，所述电源单元包括24V转5V单元、5V转3.3V单元以及5V转5V隔离单元，所述24V转5V单元、5V转3.3V单元为单片机和隔离单元供电，所述5V转5V隔离单元为模拟量输入单元供电。
进一步地，所述隔离单元包括采用iso7141芯片的SPI隔离、采用光耦TLP291的IO隔离。
进一步地，所述模拟量输入单元包括AD7190模数转换芯片，所述AD7190模数转换芯片用于采集-5-5V输入模拟量信号，经过AD7190模数转换芯片将模拟量信号转换为数字信号输入到单片机。
进一步地，所述总线通信单元通过线缆与PLC相连，所述模拟量输入单元通过线缆与称重传感器相连。
进一步地，所述称重模块壳体上设有通信输入接口、通信输出接口以及多个模拟量输入接口，所述供电输入接口、供电输出接口与电源单元电连接，所述通信输入接口、通信输出接口与总线通信单元电连接，所述模拟量输入接口与模拟量输入单元电连接。
进一步地，所述称重模块的模块配置信息位于Modbus/TCP的保持寄存器中。
进一步地，所述称重模块的模块实时重量及状态信息位于Modbus/TCP的输入寄存器中。
本实用新型与现有技术相比的优点在于：采用Modbus/TCP总线协议，数据响应速度快，采用高精度模数转换芯片，分辨率高，系统稳定性好，可靠性强。
附图说明
图1是本实用新型一种基于Modbus/TCP现场总线技术的称重模块的实物图；
图2是本实用新型一种基于Modbus/TCP现场总线技术的称重模块的原理框图；
图3是本实用新型一种基于Modbus/TCP现场总线技术的称重模块的应用框图。
图中：1、通信输入接口：现场总线通信的输入接口；
2、通信输出接口：现场总线通信的输出接口；
3、模拟量输入接口1：称重传感器接口，支持-5-5V输入；
4、模拟量输入接口2：称重传感器接口，支持-5-5V输入；
5、模拟量输入接口3：称重传感器接口，支持-5-5V输入；
6、供电输出接口：电源24VDC供电输出接口；
7、供电输入接口：电源24VDC供电输入接口；
8、地址拨码：模块IP地址设置拨码；
9、系统状态指示灯：指示模块系统工作状态；
10、网络状态指示灯：指示模块网络工作状态；
11、网络链路指示灯：指示模块网口工作状态；
12、模拟量输入状态指示灯：指示信号输入状态；
13、供电指示灯：指示电源工作状态；
14、称重模块壳体。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本实用新型实施例的描述中，“多个”代表至少2个。
在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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实用新型中的具体含义。
实施例：
如图1-3所示，本实施例公开一种基于Modbus/TCP现场总线技术的称重模块，包括称重模块壳体以及设置于称重模块壳体内的单片机、隔离单元、电源单元、模拟量输入单元、总线通信单元，还包括与单片机电连接的系统状态指示灯、网络状态指示灯、网络链路指示灯、模拟量输入状态指示灯、供电指示灯、地址拨码。电源单元包括电源单元包括24V转5V单元、5V转3.3V单元，5V转5V隔离单元，所述24V转5V单元、5V转3.3V单元为单片机和隔离单元供电，所述5V转5V隔离单元为模拟量输入单元供电。隔离单元包括电源隔离和信号隔离器件，保证处理器等内部核心器件不受外部信号的干扰，提高模块的稳定性与安全性，SPI隔离采用iso7141芯片，普通IO通过光耦TLP291隔离。模拟量输入单元包括AD7190模数转换芯片，可采集-5-5V输入模拟量信号，经过AD7190模数转换芯片将模拟量信号转换为数字信号输入到单片机，再由单片机根据相关设定参数计算得出重量值。相关设定参数包括“通道一使能开关”、“通道二使能开关”、“通道三使能开关”、“零重量标定按钮”、“量程重量标定按钮”、“量程重量设定值Kg”、“滤波设置”。总线通信单元通过线缆与PLC相连，所述模拟量输入单元通过线缆与称重传感器相连。
本称重模块还包括通信输入接口、通信输出接口、模拟量输入接口1、模拟量输入接口2、模拟量输入接口3、供电输入接口、供电输出接口、地址拨码、系统状态指示灯、网络状态指示灯、网络链路指示灯、模拟量输入状态指示灯、供电指示灯。所述供电输入接口、供电输出接口与电源单元电连接，所述通信输入接口、通信输出接口与总线通信单元电连接，所述模拟量输入接口1、2、3与模拟量输入单元电连接，所述指示灯与单片机电连接。
模块配置信息位于Modbus/TCP的保持寄存器中，地址范围从1-8。详见附表1。
所述模块实时重量及状态信息位于Modbus/TCP的输入寄存器中，地址范围从1-14，详见附表2。
下面具体介绍控制模块内部各单元功能：
电源单元：24V转5V单元采用LM2596芯片，5V转3.3V单元采用LT8609芯片，5V转5V隔离单元采用F056XT芯片。这三部分组成电源单元，给模块内部单片机、模数转换芯片、信号隔离等器件提供电源。
单片机：模块数据处理的核心，采用STM32F1微处理器，拥有丰富的外设(SPI,TIM,UART等)与IO引脚。
总线通信单元：通过线缆与PLC相连，实现与PLC通讯功能。
模拟量输入单元：可配置采集-5-5V输入型号类型，经过模数转换交由单片机处理，采用AD7190模数转换芯片，通过单片机的SPI接口控制
隔离单元：包括电源隔离、信号隔离器件，保证处理器等内部核心器件不受外部信号的干扰，提高模块的稳定性与安全性，SPI隔离采用iso7141芯片，普通IO通过光耦TLP291隔离。
如图3所示，一个Modbus/TCP网络中可以连接多个称重模块，每个称重模块有唯一的IP地址。PLC将控制数据通过总线发送至控制模块的总线通信单元，再传给单片机，同时模拟量输入单元将采集到的数据传给单片机，单片机将处理过的数据回传给PLC。
本称重模块接线为：将直流24V供电线缆连接至模块供电输入接口。将通信线缆连接至模块通信输入接口，将称重传感器线缆与模块模拟量输入接口1、2、3连接。参见附图3。
控制说明如下：
接线完成后，开启电源。
1.保持称盘/挂钩负重为零，向保持寄存器“零重量标定按钮”写入“1”进行零重量校准，等待输入寄存器“单次标定完成状态”更新为“1”(表示本次校准完成)，向保持寄存器“零重量标定按钮”写入“0”；
2.向称盘/挂钩添加固定负重，向保持寄存器“量程重量设定值Kg”写入负重值，同时“量程重量标定按钮”写入“1”进行量程重量校准，等待输入寄存器“单次标定完成状态”更新为“1”(表示本次校准完成)，向保持寄存器“量程重量标定按钮”写入“0”；
3.改变称盘/挂钩即可得到重量值
以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (1)
1.一种基于Modbus/TCP现场总线技术的称重模块，其特征在于：包括称重模块壳体以及设置于称重模块壳体内的单片机、与单片机连接的隔离单元、电源单元、模拟量输入单元、总线通信单元，以及与单片机电连接的系统状态指示灯、网络状态指示灯、网络链路指示灯、模拟量输入状态指示灯、供电指示灯、地址拨码；
所述电源单元包括24V转5V单元、5V转3.3V单元以及5V转5V隔离单元，所述24V转5V单元、5V转3.3V单元为单片机和隔离单元供电，所述5V转5V隔离单元为模拟量输入单元供电；
所述隔离单元包括采用iso7141芯片的SPI隔离、采用光耦TLP291的IO隔离；
所述模拟量输入单元包括AD7190模数转换芯片，所述AD7190模数转换芯片用于采集-5-5V输入模拟量信号，经过AD7190模数转换芯片将模拟量信号转换为数字信号输入到单片机；
所述总线通信单元通过线缆与PLC相连，所述模拟量输入单元通过线缆与称重传感器相连；
所述称重模块壳体上设有通信输入接口、通信输出接口、多个模拟量输入接口以及供电输入接口、供电输出接口，所述供电输入接口、供电输出接口与电源单元电连接，所述通信输入接口、通信输出接口与总线通信单元电连接，所述模拟量输入接口与模拟量输入单元电连接；
所述称重模块的模块配置信息位于Modbus/TCP的保持寄存器中；
所述称重模块的模块实时重量及状态信息位于Modbus/TCP的输入寄存器中。
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