随着现代工业称重领域对过程信息数据的要求也在向网络化、及时性、数字化、智能化方向发展。在工业灌装机或灌装秤领域，一些过程灌装系统称重数据需要实时存储和后台监控，往往是危险的防爆场合。因此，灌装设备称重终端网络通信管道的安装和敷设特别复杂，施工难度大。无线通信是实现灌装称重终端数据联网的最佳方式。新型无线称重网络通信技术具有功耗小、速度慢、距离短等特点，满足了这一要求。越来越多的灌装系统也对称重数据的实时存储和监控提出了要求。随着PLC无线模块网络技术平台的标准化和成熟。这为无线网络称重技术的发展提供了广阔的前景。

1系统设计

1.1Modbus无线控制

随着科学技术的发展，灌装机无线网络逐渐取代有线网络，只支持静态拓扑的无线网络逐渐被支持动态拓扑变化的无线网络所取代。在短程无线控制、监控和数据传输领域，常用的技术包括蓝牙、无线网络等，称重灌装机各有优势，液体灌装机是一种低功耗、低复杂度、低成本、低速度的短距离无线网络通信技术。在短距离无线通信领域有许多标准，定量灌装机的快速发展是意料之中的。

以Modbus能识别的消息结构，经过网络进行通信。请求访问其他设备的过程，如何回应来自其他设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。制定了消息域的公共格式。Modbus网络通信须知道设备地址，识别按地址发来的消息，将生成反馈信息并用Modb2us协议发出。在其他网络上，包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧结构。

Modbus协议所具有的主从模式、完善的应答机制和错误帧校验方法使得Mobus在半双工通信中就能很好地应用。由于Modbus协议定义的是一种数据帧结构，独立于物理层介质，所以它可以应用于多种网络类型和介质。系统中所使用的是433MHz半双工无线通信，充分利用了Modbus协议半双工通信的特点。为了提高无线通信的抗干扰性，无线通信的空中速率以及接口速率较低，因此，为了在相同的速率下传输更多的数据，系统中选用了RTU传输模式，RTU传输模式所具有的数据量少的优势使通信过程中受到干扰的可能性更小，因此通信更为可靠。

1.2系统结构本文中的灌装控制系统是一个分布式集散采集控制系统。

系统的整体拓扑结构分上下两层：上层监控中心和底层采集控制节点。两者利用无线Modbus协议进行数据交互。采集控制节点可以采集传感器数据以及发讯液表的数据，并且能控制直流电磁阀的开关。该采集控制节点具有无线接口，并且运行Modbus协议。监控中心的核心是一台工控机，其上运行有组态软件，通过ModbusS协议与采集控制节点进行通信，完成传感器数据、液量信息的获取、阀门开关指令的发送。

1.3监控中心

监控中心为一台运行Windows操作系统的工控机。工控机的串口连接一个具有RS232接口的无线模块，通过该模块与下层的采集控制节点进行无线通信。其上运行的灌装自动化控制软件使用组态软件开发。作为自动化领域的重要分支，组态软件已成为工业自动化领域不可或缺的产业构成，其远程部署技术使开发大型工程变得容易，智能图形技术使开发出的图形操作界面更加美观且更具操作性。组态软件具有Modbus协议接口，可以方便与研究的抄表系统集成，完成系统的快速开发部署。根据设计要求，所设计的灌装自动化软件具有数据采集、数据处理、数据发布和设备控制的功能。具体功能简介如下：

系统测试与初始化：对系统的通信和运行状态，完成填充系统的初始化设置，如串口设置、液表初始值设置、报警限设置、用户登录设置等；

自动计量计费功能：对单个用户用液量进行独立计量计费，显示用户的累计用液量，使管理员直观了解用户的用液情况；

数据管理供能：对用户资料、用液信息、称重传感器数据等进行管理；

查询和统计分析功能：运用图表的方式增强了数据的分析能力，使用各种图形来增强数据的表现力和直观性；

灌装自动控制功能：根据采集的称重模块数据或者灌液时间表自动控制阀门的开关，实现自动灌装。

1.4采集控制节点

现场采集控制节点采用模块化设计，根据总体方案中提出的系统设计原则和现场采集器的功能定义，下面主要讨论其中的几个主要电路的设计以及软件设计。

1.4.1CPU单元

CPU单元选用ATMEL公司新推出的AVR系列低功耗控制器ATmega168。ATmega168单片机功耗低、抗干扰性好、可靠性高、有较强的模拟接口、代码保密性好，并且价格也较低，因此非常适合本系统的数据采集与通信。CPU单元除单片机外还包括按键复位电路、程序下载JTAG接口、外部晶振电路、程序运行指示灯电路。

1.4.2输出控制单元

为降低系统功耗，系统控制对象选择为只需启闭瞬间供电的直流闭锁电磁阀，该电磁阀需用正反脉冲来驱动，脉冲电压为9V，脉冲宽度为30ms。设计中采用了一个H桥驱动芯片L9110S来产生正反脉冲。因电磁阀动作瞬间，电流比较大，所以在电磁阀驱动电路旁边放置一个1000μF的电容来提供一些瞬间电流。

1.4.3防爆电池供电单元

系统中的硬件装置采用防爆蓄电池组合进行供电，供电单元包括蓄电池、充电控制器以及电源转换电路。也可以用太阳能充电控制器采用PHOCOS公司的CML0502型防爆控制器，选用的太阳能电池板功率为10W，防爆蓄电池为12AH免维护蓄电池。电源转换电路使用2个线性电源芯片，将12V电压转换为9V和5V，分别为电磁阀驱动电路和微控制器系统供电。

1.4.4软件设计

本设计选择了RTU通信模式，并选择了适合本采集器的部分功能进行了应用。通讯软件设计中涉及的变量名、变量数据类型、寄存器类型及相应寄存器偏置值。

为了提高中断的响应速度，所有采集器串行口中断接收信息帧数据后，接收数据处理中只进行CRC校验和地址识别两部分操作，如传输数据不满足CRC校验，则所有采集器均不响应，当CRC校验正确后，各采集器会识别地址信息，与地址相符的采集器会置标志位，由主程序在循环中检测到相关标志位后调用通讯子程序进行处理。

2系统实现

液体灌装机对每一次灌装都有详细的信息（初桶重、终桶重、灌装时间、灌装时间、开始时间和结束时间），计量灌装装置这些信息都是可追溯的，能更好地避免常见的欺骗或人情。自动灌装机的灌装控制程序将判断并记录灌装过程中的一些异常情况，以防止灌装人员的非法操作.在非正常工作时间，灌装机的锁控制阀由专人锁紧，可有效防止非授权充装。

液体灌装机分批灌装时，灌装工只需在专用收据上记录开始灌装的次数和铁桶总数。详细装填信息（如规格、初始重量、最终重量、装填量等）。)通过内部无线网络直接自动传输到金融计算机，无需人工干预。顾客可以填写收据付款。

财务部门在收款回单上输入收款号信息，灌装设备自动计算收款金额，打印收款凭证一式两份。收货凭证上应记录客户名称、规格、数量和铁桶数量。客户应以一张收据为收据，另一份应作为出口许可证提交检查员。

警卫在放行前检查了出口许可证上的铁桶的规格和数量。财务系统每天自动采集填报的统计灌装数据和详细信息，并定期向上级公司计算机系统汇报。

3结语

基于Modbus协议的无线灌装系统适合工业上的灌装自动化控制应用，其通信成功率和数据传输准确性都满足设计要求。另外，该系统还具有经济性、易用性和可扩展的特点。

本研究利用自主研发和系统集成相结合的模式研究开发了一个初具规模的、可扩展的灌装自动化控制理系统，系统的建设实现了节液灌装的信息化、远程化和集中统一管理，对于提高工业用液管理液平和效率，实现工业用液管理的现代化具有重要的意义。