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【教程】YR-GAD人工智能調節器與組態王通訊方法

2018/2/9 0:03:10 人評論 次瀏覽 分類:二次儀表  文章地址:http://www.gsipv.com/tech/1762.html

昌暉儀表YR-GAD人工智能調節器可通過RS485通訊接口以MODBUS通訊協議和組態王軟件平臺,本文闡述了YR-GAD人工智能調節器與組態王的通訊方法,文章詳細介紹了設備串口通訊參數、設備生產廠家、名稱、通訊方式配置,詳細闡述了昌暉YR-GAD人工智能調節器的功能參數與組態王的變量名稱、類型、寄存器、數據類型、讀寫屬性的對應關系,實現YR-GAD人工智能調節器78個參數集中管理,可視的操作界面。

1、人工智能調節器介紹
昌暉儀表生產的YR-GAD系列人工智能調節器采用微分先行的控制算法,控制精度高,無超調,具有模糊自整定功能。YR-GAD系列人工智能調節器為傻瓜式操作;0.2%測量精度;七款外尺寸;最多支持4路報警功能、2路控制輸出、2路DC24V饋電,支持采用標準MODBUS協議的RS485通訊接口;輸入端、輸出端、電源端光電隔離;100-240VAC/DC或20-29VAC/DC開關電源供電;標準卡入式安裝;可支持36種信號輸入功能。YR-GAD系列人工智能調節器適用溫度、壓力、流量、液位、濕度等工業過程量的監測,能配合各種執行器對電加熱設備和電磁、電動調節閥進行完美PID調節和控制。


2、通訊研究的硬件原理
①硬件原理接線
計算機與YR-GFD人工智能調節器硬件接線圖

圖1   計算機與YR-GFD人工智能調節器硬件接線圖 
計算機的串行通訊COM口與RS232與RS485轉換模塊的RS232端相連,YR-GAD人工智能調節器的RS485通訊端A、B與RS485轉換模塊的RS485端相連。

②YR-GAD人工智能調節器RS485接口原理
RS485接口電路原理圖                 
圖2  RS485接口電路原理圖


圖3  YR-GAD人工智能調節器RS485通訊接線端子
YR-GAD人工智能調節器RS485接口電路原理圖如圖2所示。接線端子如圖3所示。采用RS485信號收發專用芯片MAX485實現信號的轉換,在設計電路時要充分考慮MAX485芯片同相端、反相端的電平對應關系。由于從機回應數據幀的初始位-低電平使主機產生接受中斷,所以只有MAX485芯片同相端A的初始電平大于反相端B的初始電平時,才能保證主控制器單片機打開接收中斷時不會產生誤中斷,而造成接到錯誤的數據幀。
a、收發方可用AT485接口芯片實現RS485/RS422協議的通信。AT485接口芯片工作于+5V電壓,內含一個收發器,將TTL/CMOS電平與RS485/RS422標準電平相互轉換。通信最高速率可達2.5Mb/s,距離最遠可達1200m。
b、MAX485芯片引腳說明及符號如下:
1腳(R):接收器數據輸出引腳,當A引腳電平高于B引腳200mV以上時,認為收到信號為1;當A引腳電平低于B引腳200mV以上時,認為信號為0。但僅當接收器輸出使能引腳-RE有效時,R0才有輸出,否則為高阻態。接收器輸入開路時認為收到信號為1。
2腳(RE):接收器輸出使能引腳,控制接收器數據輸出引腳R可否輸出數據。
3腳(DE):驅動器輸出使能引腳,控制驅動器數據輸入引腳D能否送入數據,低電平時驅動器輸出高阻態。驅動器的高阻態可用于讓出總線,供總線上的另一通信方使用。
4腳(D):驅動器數據輸入引腳,驅動器輸出使能引腳DE有效時,若送入1,差分輸出A為高,B為低;送入0時,差分輸出A為低,B為高。DE無效時,驅動器的差分輸出為高阻態。
6(B)、7(A)腳:驅動器的差分輸出與接收器的差分輸入引腳,其中A為同相引腳,B為反相引腳。
5(GND)、8(VCC)腳:地、正電源引腳。

③RS485與RS232轉換模塊原理
RS485與RS232轉換模塊連接器圖

圖4  RS485與RS232轉換模塊連接器圖 
RS485與RS232轉換模塊連接器圖如圖4所示。RS485與RS232轉換模塊將RS232C串行口的數據發送(TD)和數據接收(RD)信號轉換成平衡的半雙工RS485信號,實現遠距離多點總線通信。
◆ RS485與RS232轉換模塊性能參數如下:
a、接口:兼容EIA/TIA的RS-232C和RS-485標準。
b、傳輸速率:300M時到115.2KBPS;1200M時到19.2KBPS;2400M時到9600KBPS;3公里時到2400KBPS。
c、傳輸距離:最大5公里(1200KBPS)

RS485與RS232轉換模塊DB9針母頭連接器與計算機上的RS232 COM口相連。其中7、8引腳1、4、6引腳短接;另一端DB9針公頭連接器與YR-GAD人工智能調節器RS485接口相連。接口定義如表1、2所示。
表1   RS232引腳定義 


D9針(母頭)          RS232C
1                         DCD
2                         TD
3                         RD
4                         DIR
5                         GND
6                         DSR
7                         RTS
8                         CTS


表2  RS485引腳定義
 


D9(公頭)              RS485
1                          485+
2                          485-
3                          GND
 
④計算機上RS232通訊接口原理
計算機上RS232通訊接口左上角為1,右下角為9。 
RS232接口是1970年由美國電子工業協會(EIA)聯合貝爾系統、調制解調器廠家及計算機終端生產廠家共同制定的用于串行通訊的標準。它的全名是“數據終端設備(DTE)和數據通訊設備(DCE)之間串行二進制數據交換接口技術標準”。 該標準規定采用一個25個腳的DB25連接器,對連接器的每個引腳的信號內容加以規定,還對各種信號的電平加以規定。隨著設備的不斷改進,出現了代替DB25的DB9接口,現在都把RS232接口叫做DB9。傳輸距離有限,最大傳輸距離標準值為50英尺,實際上也只能用在15米左右。計算機上RS232通訊接口采用DB9針公頭,引腳定義如表3所示。
表3  計算機上RS232引腳定定義
D9針(公頭)          RS232
1                         DCD載波檢測
2                         RXD接收數據
3                         TXD發送數據
4                         DTR數據終端準備好
5                         SG信號地
6                         DSR數據準備好
7                         RTS請求發送
8                         CTS允許發送
9                          RI振鈴提示

3、通訊方法的軟件原理
①通訊方法組態
Modbus是由Modicon(現為施耐德電氣公司的一個品牌)在1979年發明的,是全球第一個真正用于工業現場的總線協議。此協議支持傳統的RS232、RS422、RS485和以太網設備。許多工業設備,包括PLC、DCS、智能儀表等都在使用Modbus協議作為他們之間的通訊標準。
Modbus具有以下幾個特點:
a、標準、開放,用戶可以免費、放心地使用Modbus協議,不需要交納許可證費,也不會侵犯知識產權。目前,支持Modbus的廠家超過400家,支持Modbus的產品超過600種。
b、Modbus可以支持多種電氣接口,如RS232、RS485等,還可以在各種介質上傳送,如雙絞線、光纖、無線等。
c、Modbus的幀格式簡單、緊湊,通俗易懂。用戶使用容易,廠商開發簡單。
組態軟件選用北京亞控科技發展有限公司的組態王軟件6.55。它是運行在WindowsNT/2000/XP中文操作系統上的一種組態軟件。它具有完善的圖形界面生成功能,可以形象逼真的描繪工業現場。提供了功能齊全的控件和控件函數以及多種I/O驅動程序。

②組態王通訊參數和設備配置

A、通訊參數
組態王通訊參數配置圖
圖5  組態王通訊參數配置圖

組態王通訊參數配置圖如圖5所示。波特率:9600;數據位:8;奇偶效驗:無效驗;停止位:1;通信超時:3000毫秒;通信方式:RS485。

B、設備配置
組態王通訊設備配置圖
圖6   組態王通訊設備配置圖

組態王通訊設備配置圖如圖6所示。設備生產廠家:莫迪康生產的MODBUS RTU;設備邏輯名稱:昌暉調節器;設備地址:1;通信方式:COM。
◆MODBUS功能與人工智能調節器驅動支持寄存器對應關系
MODBUS功能與人工智能調節器驅動支持寄存器對應關系表如表4所示。
表4  組態王的變量與YR-GAD人工智能調節器
功能碼   名稱                          作用                                                                                        相關寄存器
01         讀取線圈狀態             取得一個邏輯線圈的當前狀態                                                        0
02         讀取輸入狀態             取得一個開關輸入的當前狀態                                                        1
03         讀取保持寄存器          在一個或多個保持寄存器中取得當前的二進制值                            4
04         讀取輸入寄存器          在一個或多個輸入寄存器中取得當前的二進制值                            3
05         強制單線圈                 強置一個邏輯線圈的銅端狀態                                                       0
06         預置單寄存器             把具體二進制值裝入一個操持寄存器                                             4
15         強制多線圈                強置一串連續邏輯線圈的通斷                                                        FMC

對于只讀寄存器,請將采集頻率設置為0;寄存器3,如果客戶需要讀取Byte數據類型,需要定義二級通道,分別表示字的高字節和低字節;寄存器4讀功能碼為03;寫單字節(Short,Ushort,BCD)的功能碼為06;寫雙字節(Long,Float,LongBCD)的功能碼為0×10;驅動的變量后的寄存器通道號(寄存器范圍),是按照以1為起始地址的。對于以1為起始地址的設備,定義變量應該加1。
◆組態王的變量與智能調節器保持寄存器對應關系
組態王的變量與YR-GAD人工智能調節器78個保持寄存器對應關系見表5所示。
表5  組態王的變量與YR-GAD人工智能調節器保持寄存器對應關系
序號     變量名稱                                         變量類型     寄存器      數據類型           讀寫屬性
1          測量通道測量值                                I/O實數      4001        FLOAT              只讀
2          PID設定值                                        I/O實數      4003        FLOAT              讀寫
3          閥位反饋值                                      I/O實數      4005         FLOAT              只讀
4          輸出值                                             I/O實數      4007         FLOAT              只讀
5          第一報警狀態                                   I/O整數      4009         USHORT          只讀
6          第二報警狀態                                   I/O整數      4010         USHORT          只讀
7          第三報警狀態                                   I/O整數      4011         USHORT          只讀
8          第四報警狀態                                   I/O整數      4012         USHORT          只讀
9          當前手動操作                                   I/O整數      4013         USHORT          讀寫
10        儀表類型                                          I/O整數      4030        USHORT           只讀
序號     變量名稱                                         變量類型     寄存器      數據類型            讀寫屬性
11        設定密碼                                          I/O整數      4031        SHORT              讀寫
12        第一報警值                                       I/O實數      4032        FLOAT              讀寫
13        第二報警值                                       I/O實數      4034        FLOAT              讀寫
14        第三報警值                                       I/O實數      4036        FLOAT              讀寫
15        第四報警值                                       I/O實數      4037        FLOAT              讀寫
16        控制環斷線報警值                             I/O實數      4040        FLOAT              讀寫
17        第一報警回差                                    I/O實數      4041        FLOAT              讀寫
18        第二報警回差                                    I/O實數      4043        FLOAT              讀寫
19        第三報警回差                                    I/O實數      4045        FLOAT              讀寫
20        第四報警回差                                    I/O實數      4047        FLOAT              讀寫
序號     變量名稱                                           變量類型     寄存器      數據類型          讀寫屬性
21        比例P                                               I/O實數      4049        FLOAT              讀寫
22        微分時間I                                         I/O整數      4051        USHORT           讀寫
23        微分時間D                                        I/O整數      4052        SHORT             讀寫
24        PID運算周期                                     I/O整數      4053        SHORT             讀寫
25        輸出周期                                           I/O整數     4054        USHORT           讀寫
26        自整定                                              I/O整數      4055        USHORT          讀寫
27        抑制系數                                           I/O整數      4056        FLOAT             讀寫
28        測量通道信號類型                             I/O整數      4058        USHORT          讀寫
29        測量通道小數點                                I/O整數      4059        USHORT           讀寫
30        第一報警方式                                    I/O整數      4060        USHORT          讀寫
序號     變量名稱                                           變量類型     寄存器     數據類型           讀寫屬性
31        第二報警方式                                    I/O整數      4061        USHORT          讀寫
32        第三報警方式                                    I/O整數      4062        USHORT          讀寫
33        第四報警方式                                    I/O整數      4063        USHORT          讀寫
34        測量通道閃爍報警                             I/O整數      4064        USHORT          讀寫
35        測量通道濾波系數                             I/O整數      4065        USHORT          讀寫
36        設備號                                              I/O整數      4066        USHORT          讀寫
37        通訊波特率                                       I/O整數      4067        USHORT          讀寫
38        報警打印功能                                    I/O整數      4068        USHORT          讀寫
39        定向打印間隔時間                             I/O整數      4069        SHORT             讀寫
40        測量通道單位                                    I/O整數      4070        USHORT          讀寫
序號     變量名稱                                           變量類型     寄存器      數據類型          讀寫屬性
41         PID正反作用方式                             I/O整數      4071        USHORT           讀寫
42         PID輸出類型                                    I/O整數      4072        USHORT           讀寫
43         PID顯示方式                                    I/O整數      4073        USHORT           讀寫
44         PID算式類型                                    I/O整數      4074        USHORT          讀寫
45         控制方式                                          I/O整數      4075        USHORT          讀寫
46         閥門類型                                          I/O整數      4076        USHORT          讀寫
47         閥位行程時間                                   I/O整數      4077        USHORT          讀寫
48         正反轉手動方式                               I/O整數      4078        USHORT           讀寫
49         閥位控制輸出會差值                        I/O實數      4079        FLOAT               讀寫
50         上電手自動狀態                               I/O整數      4081        USHORT           讀寫
序號     變量名稱                                           變量類型     寄存器      數據類型          讀寫屬性
51         PID輸出下限                                    I/O實數      4082        FLOAT              讀寫
52         PID輸出上限                                    I/O實數      4084        FLOAT              讀寫
53         測量通道零點遷移                            I/O實數      4086        FLOAT              讀寫
54         測量通道量程比例                            I/O實數      4088        FLOAT              讀寫
55         測量通道冷端零點遷移                     I/O實數      4090        FLOAT              讀寫
56         測量通道冷端放大比例                     I/O實數      4092        FLOAT              讀寫
57         變送輸出零點遷移                            I/O實數      4094        FLOAT              讀寫
58         變送輸出放大比例                            I/O實數      4096        FLOAT              讀寫
59         控制輸出零點遷移                            I/O實數      4098        FLOAT              讀寫
60         控制輸出放大比例                            I/O實數      4100        FLOAT              讀寫
序號     變量名稱                                           變量類型     寄存器      數據類型          讀寫屬性
61         變送輸出量程下限                            I/O實數      4102        FLOAT              讀寫
62         變送輸出量程上限                            I/O整數      4104        FLOAT              讀寫
63         測量通道閃爍報警下限                     I/O整數      4106        FLOAT              讀寫 
64         測量通道閃爍報警上限                     I/O整數      4108        FLOAT              讀寫
65         PV光柱顯示下限                              I/O整數      4110        FLOAT              讀寫
66         PV光柱顯示上限                              I/O整數      4112        FLOAT              讀寫
67         測量通道測量量程下限                     I/O整數      4114        FLOAT              讀寫
68         測量通道測量量程上限                     I/O整數      4116        FLOAT              讀寫
69         測量通道小信號切除                         I/O整數      4118        FLOAT              讀寫
70         閥位反饋/給定信號                           I/O整數      4120        USHORT          讀寫
序號     變量名稱                                           變量類型     寄存器      數據類型          讀寫屬性
71         閥位反饋/給定小數點                       I/O整數      4121        USHORT           讀寫
72         閥位反饋/給定濾波系數                    I/O整數      4122        USHORT           讀寫
73         閥位反饋/給定遷移零點                    I/O實數      4123        FLOAT              讀寫
74         閥位反饋/給定遷移比例                    I/O實數      4125        FLOAT              讀寫
75         SV光柱下限值                                  I/O實數      4127        FLOAT              讀寫
76         SV光柱上限值                                  I/O實數      4129        FLOAT              讀寫
77         閥位反饋/給定量程下限                    I/O實數      4131        FLOAT              讀寫
78         閥位反饋/給定量程上限                    I/O實數      4133        FLOAT              讀寫


昌暉YR-GAD系列人工智能調節器與組態王的通訊研究,從硬件和軟件兩方面入手,全面闡述了人工智能調節器與組態王的通訊方法,通過組態王軟件平臺與所支持的MODBUS協議及RS485通訊接口,將代表YR-GAD人工智能調節器控制功能的78個控制參數采集到計算機控制系統里來,為工業自動控制系統的數據采集與監控控制打下基礎。

大家可通過YR-GAD人工智能調節器選型頁面http://www.gsipv.com/product/979.html了解人工智能調節器詳盡技術參數,將這種高貴而不貴的產品應用于自動化過程控制中。
作者:遼寧機電職業技術學院自動控制系 李冬冬

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