【教程】YR-GAD人工智能調(diào)節(jié)器與組態(tài)王通訊方法

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昌暉儀表YR-GAD人工智能調(diào)節(jié)器可通過RS485通訊接口以MODBUS通訊協(xié)議和組態(tài)王軟件平臺，本文闡述了YR-GAD人工智能調(diào)節(jié)器與組態(tài)王的通訊方法，文章詳細(xì)介紹了設(shè)備串口通訊參數(shù)、設(shè)備生產(chǎn)廠家、名稱、通訊方式配置，詳細(xì)闡述了昌暉YR-GAD人工智能調(diào)節(jié)器的功能參數(shù)與組態(tài)王的變量名稱、類型、寄存器、數(shù)據(jù)類型、讀寫屬性的對應(yīng)關(guān)系，實現(xiàn)YR-GAD人工智能調(diào)節(jié)器78個參數(shù)集中管理，可視的操作界面。

1、人工智能調(diào)節(jié)器介紹
昌暉儀表生產(chǎn)的YR-GAD系列人工智能調(diào)節(jié)器采用微分先行的控制算法，控制精度高，無超調(diào)，具有模糊自整定功能。YR-GAD系列人工智能調(diào)節(jié)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(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)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(guān)電源供電；標(biāo)準(zhǔn)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(diào)節(jié)器適用溫度、壓力、流量、液位、濕度等工業(yè)過程量的監(jiān)測，能配合各種執(zhí)行器對電加熱設(shè)備和電磁、電動調(diào)節(jié)閥進行完美PID調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)器硬件接線圖
圖1 計算機與YR-GFD人工智能調(diào)節(jié)器硬件接線圖
計算機的串行通訊COM口與RS232與RS485轉(zhuǎn)換模塊的RS232端相連，YR-GAD人工智能調(diào)節(jié)器的RS485通訊端A、B與RS485轉(zhuǎn)換模塊的RS485端相連。

②YR-GAD人工智能調(diào)節(jié)器RS485接口原理

圖2 RS485接口電路原理圖

圖3 YR-GAD人工智能調(diào)節(jié)器RS485通訊接線端子
YR-GAD人工智能調(diào)節(jié)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(fā)專用芯片MAX485實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換，在設(shè)計電路時要充分考慮MAX485芯片同相端、反相端的電平對應(yīng)關(guān)系。由于從機回應(yīng)數(shù)據(jù)幀的初始位-低電平使主機產(chǎn)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(chǎn)生誤中斷，而造成接到錯誤的數(shù)據(jù)幀。
a、收發(fā)方可用AT485接口芯片實現(xiàn)RS485/RS422協(xié)議的通信。AT485接口芯片工作于+5V電壓，內(nèi)含一個收發(fā)器，將TTL/CMOS電平與RS485/RS422標(biāo)準(zhǔn)電平相互轉(zhuǎn)換。通信最高速率可達(dá)2.5Mb/s，距離最遠(yuǎn)可達(dá)1200m。
b、MAX485芯片引腳說明及符號如下:
1腳(R)：接收器數(shù)據(jù)輸出引腳，當(dāng)A引腳電平高于B引腳200mV以上時，認(rèn)為收到信號為1；當(dāng)A引腳電平低于B引腳200mV以上時，認(rèn)為信號為0。但僅當(dāng)接收器輸出使能引腳-RE有效時，R0才有輸出，否則為高阻態(tài)。接收器輸入開路時認(rèn)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(shù)據(jù)輸出引腳R可否輸出數(shù)據(jù)。
3腳(DE)：驅(qū)動器輸出使能引腳，控制驅(qū)動器數(shù)據(jù)輸入引腳D能否送入數(shù)據(jù)，低電平時驅(qū)動器輸出高阻態(tài)。驅(qū)動器的高阻態(tài)可用于讓出總線,供總線上的另一通信方使用。
4腳(D)：驅(qū)動器數(shù)據(jù)輸入引腳，驅(qū)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(qū)動器的差分輸出為高阻態(tài)。
6(B)、7(A)腳：驅(qū)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(zhuǎn)換模塊原理
RS485與RS232轉(zhuǎn)換模塊連接器圖
圖4 RS485與RS232轉(zhuǎn)換模塊連接器圖
RS485與RS232轉(zhuǎn)換模塊連接器圖如圖4所示。RS485與RS232轉(zhuǎn)換模塊將RS232C串行口的數(shù)據(jù)發(fā)送(TD)和數(shù)據(jù)接收(RD)信號轉(zhuǎn)換成平衡的半雙工RS485信號，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離多點總線通信。
◆ RS485與RS232轉(zhuǎn)換模塊性能參數(shù)如下:
a、接口：兼容EIA/TIA的RS-232C和RS-485標(biāo)準(zhǔn)。
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(zhuǎn)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(diào)節(jié)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(yè)協(xié)會(EIA)聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備(DCE)之間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。隨著設(shè)備的不斷改進，出現(xiàn)了代替DB25的DB9接口，現(xiàn)在都把RS232接口叫做DB9。傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)
3                       TXD發(fā)送數(shù)據(jù)
4                         DTR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好
5                        SG信號地
6                        DSR數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好
7                       RTS請求發(fā)送
8                        CTS允許發(fā)送
9                          RI振鈴提示

3、通訊方法的軟件原理
①通訊方法組態(tài)
Modbus是由Modicon(現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個品牌)在1979年發(fā)明的，是全球第一個真正用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議。此協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS232、RS422、RS485和以太網(wǎng)設(shè)備。許多工業(yè)設(shè)備，包括PLC、DCS、智能儀表等都在使用Modbus協(xié)議作為他們之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)。
◆ Modbus具有以下幾個特點:
a、標(biāo)準(zhǔn)、開放,用戶可以免費、放心地使用Modbus協(xié)議，不需要交納許可證費，也不會侵犯知識產(chǎn)權(quán)。目前，支持Modbus的廠家超過400家，支持Modbus的產(chǎn)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(zhì)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(fā)簡單。
組態(tài)軟件選用北京亞控科技發(fā)展有限公司的組態(tài)王軟件6.55。它是運行在WindowsNT/2000/XP中文操作系統(tǒng)上的一種組態(tài)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(yè)現(xiàn)場。提供了功能齊全的控件和控件函數(shù)以及多種I/O驅(qū)動程序。

②組態(tài)王通訊參數(shù)和設(shè)備配置
A、通訊參數(shù)

圖5 組態(tài)王通訊參數(shù)配置圖
組態(tài)王通訊參數(shù)配置圖如圖5所示。波特率:9600；數(shù)據(jù)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(shè)備配置

圖6 組態(tài)王通訊設(shè)備配置圖
組態(tài)王通訊設(shè)備配置圖如圖6所示。設(shè)備生產(chǎn)廠家：莫迪康生產(chǎn)的MODBUS RTU；設(shè)備邏輯名稱：昌暉調(diào)節(jié)器；設(shè)備地址：1；通信方式：COM。
◆MODBUS功能與人工智能調(diào)節(jié)器驅(qū)動支持寄存器對應(yīng)關(guān)系
MODBUS功能與人工智能調(diào)節(jié)器驅(qū)動支持寄存器對應(yīng)關(guān)系表如表4所示。
表4 組態(tài)王的變量與YR-GAD人工智能調(diào)節(jié)器

功能碼名稱作用相關(guān)寄存器

01         讀取線圈狀態(tài)             取得一個邏輯線圈的當(dāng)前狀態(tài)                                                        0
02         讀取輸入狀態(tài)             取得一個開關(guān)輸入的當(dāng)前狀態(tài)                                                      1
03         讀取保持寄存器          在一個或多個保持寄存器中取得當(dāng)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(dāng)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(tài)                                                       0
06         預(yù)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(xù)邏輯線圈的通斷                                                        FMC

對于只讀寄存器，請將采集頻率設(shè)置為0；寄存器3，如果客戶需要讀取Byte數(shù)據(jù)類型，需要定義二級通道，分別表示字的高字節(jié)和低字節(jié)；寄存器4讀功能碼為03；寫單字節(jié)(Short，Ushort，BCD)的功能碼為06；寫雙字節(jié)(Long,Float,LongBCD)的功能碼為0×10；驅(qū)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(shè)備，定義變量應(yīng)該加1。
◆組態(tài)王的變量與智能調(diào)節(jié)器保持寄存器對應(yīng)關(guān)系
組態(tài)王的變量與YR-GAD人工智能調(diào)節(jié)器78個保持寄存器對應(yīng)關(guān)系見表5所示。
表5 組態(tài)王的變量與YR-GAD人工智能調(diào)節(jié)器保持寄存器對應(yīng)關(guān)系