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(tái)，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(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)YR-GAD人工智能調(diào)節(jié)器78個(gè)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(cè)量精度；七款外尺寸；最多支持4路報(bào)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(hào)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(cè)，能配合各種執(zhí)行器對(duì)電加熱設(shè)備和電磁、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)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
圖1 計(jì)算機(jī)與YR-GFD人工智能調(diào)節(jié)器硬件接線圖
計(jì)算機(jī)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(hào)收發(fā)專用芯片MAX485實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換，在設(shè)計(jì)電路時(shí)要充分考慮MAX485芯片同相端、反相端的電平對(duì)應(yīng)關(guān)系。由于從機(jī)回應(yīng)數(shù)據(jù)幀的初始位-低電平使主機(jī)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(shí)，才能保證主控制器單片機(jī)打開接收中斷時(shí)不會(huì)產(chǎn)生誤中斷，而造成接到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)幀。
a、收發(fā)方可用AT485接口芯片實(shí)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(gè)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(hào)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(shí)，認(rèn)為收到信號(hào)為1；當(dāng)A引腳電平低于B引腳200mV以上時(shí)，認(rèn)為信號(hào)為0。但僅當(dāng)接收器輸出使能引腳-RE有效時(shí)，R0才有輸出，否則為高阻態(tài)。接收器輸入開路時(shí)認(rèn)為收到信號(hào)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(dòng)器輸出使能引腳，控制驅(qū)動(dòng)器數(shù)據(jù)輸入引腳D能否送入數(shù)據(jù)，低電平時(shí)驅(qū)動(dòng)器輸出高阻態(tài)。驅(qū)動(dòng)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(dòng)器數(shù)據(jù)輸入引腳，驅(qū)動(dòng)器輸出使能引腳DE有效時(shí)，若送入1，差分輸出A為高，B為低；送入0時(shí)，差分輸出A為低，B為高。DE無效時(shí)，驅(qū)動(dòng)器的差分輸出為高阻態(tài)。
6(B)、7(A)腳：驅(qū)動(dòng)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
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(hào)轉(zhuǎn)換成平衡的半雙工RS485信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離多點(diǎn)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(shí)到115.2KBPS；1200M時(shí)到19.2KBPS；2400M時(shí)到9600KBPS；3公里時(shí)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)上RS232通訊接口原理
計(jì)算機(jī)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(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)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(jìn)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(gè)25個(gè)腳的DB25連接器，對(duì)連接器的每個(gè)引腳的信號(hào)內(nèi)容加以規(guī)定，還對(duì)各種信號(hào)的電平加以規(guī)定。隨著設(shè)備的不斷改進(jìn)，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(shí)際上也只能用在15米左右。計(jì)算機(jī)上RS232通訊接口采用DB9針公頭，引腳定義如表3所示。
表3 計(jì)算機(jī)上RS232引腳定定義
D9針(公頭) RS232
1 DCD載波檢測(cè)
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(hào)地
6 DSR數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好
7 RTS請(qǐng)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(gè)品牌)在1979年發(fā)明的，是全球第一個(gè)真正用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(gè)特點(diǎn):
a、標(biāo)準(zhǔn)、開放,用戶可以免費(fèi)、放心地使用Modbus協(xié)議，不需要交納許可證費(fèi)，也不會(huì)侵犯知識(shí)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(jiǎn)單、緊湊,通俗易懂。用戶使用容易,廠商開發(fā)簡(jiǎn)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(yùn)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(chǎng)。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(dòng)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(yàn):無效驗(yàn)；停止位:1；通信超時(shí):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(dòng)支持寄存器對(duì)應(yīng)關(guān)系
MODBUS功能與人工智能調(diào)節(jié)器驅(qū)動(dòng)支持寄存器對(duì)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(gè)邏輯線圈的當(dāng)前狀態(tài) 0
02 讀取輸入狀態(tài) 取得一個(gè)開關(guān)輸入的當(dāng)前狀態(tài) 1
03 讀取保持寄存器 在一個(gè)或多個(gè)保持寄存器中取得當(dāng)前的二進(jìn)制值 4
04 讀取輸入寄存器 在一個(gè)或多個(gè)輸入寄存器中取得當(dāng)前的二進(jìn)制值 3
05 強(qiáng)制單線圈 強(qiáng)置一個(gè)邏輯線圈的銅端狀態(tài) 0
06 預(yù)置單寄存器 把具體二進(jìn)制值裝入一個(gè)操持寄存器 4
15 強(qiáng)制多線圈 強(qiáng)置一串連續(xù)邏輯線圈的通斷 FMC
對(duì)于只讀寄存器，請(qǐng)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(jí)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(dòng)的變量后的寄存器通道號(hào)(寄存器范圍)，是按照以1為起始地址的。對(duì)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(duì)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(gè)保持寄存器對(duì)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(duì)應(yīng)關(guān)系
序號(hào) 變量名稱 變量類型 寄存器 數(shù)據(jù)類型 讀寫屬性
1 測(cè)量通道測(cè)量值 I/O實(shí)數(shù) 4001 FLOAT 只讀
2 PID設(shè)定值 I/O實(shí)數(shù) 4003 FLOAT 讀寫
3 閥位反饋值 I/O實(shí)數(shù) 4005 FLOAT 只讀
4 輸出值 I/O實(shí)數(shù) 4007 FLOAT 只讀
5 第一報(bào)警狀態(tài) I/O整數(shù) 4009 USHORT 只讀
6 第二報(bào)警狀態(tài) I/O整數(shù) 4010 USHORT 只讀
7 第三報(bào)警狀態(tài) I/O整數(shù) 4011 USHORT 只讀
8 第四報(bào)警狀態(tài) I/O整數(shù) 4012 USHORT 只讀
9 當(dāng)前手動(dòng)操作 I/O整數(shù) 4013 USHORT 讀寫
10 儀表類型 I/O整數(shù) 4030 USHORT 只讀
序號(hào) 變量名稱 變量類型 寄存器 數(shù)據(jù)類型 讀寫屬性
11 設(shè)定密碼 I/O整數(shù) 4031 SHORT 讀寫
12 第一報(bào)警值 I/O實(shí)數(shù) 4032 FLOAT 讀寫
13 第二報(bào)警值 I/O實(shí)數(shù) 4034 FLOAT 讀寫
14 第三報(bào)警值 I/O實(shí)數(shù) 4036 FLOAT 讀寫
15 第四報(bào)警值 I/O實(shí)數(shù) 4037 FLOAT 讀寫
16 控制環(huán)斷線報(bào)警值 I/O實(shí)數(shù) 4040 FLOAT 讀寫
17 第一報(bào)警回差 I/O實(shí)數(shù) 4041 FLOAT 讀寫
18 第二報(bào)警回差 I/O實(shí)數(shù) 4043 FLOAT 讀寫
19 第三報(bào)警回差 I/O實(shí)數(shù) 4045 FLOAT 讀寫
20 第四報(bào)警回差 I/O實(shí)數(shù) 4047 FLOAT 讀寫
序號(hào) 變量名稱 變量類型 寄存器 數(shù)據(jù)類型 讀寫屬性
21 比例P I/O實(shí)數(shù) 4049 FLOAT 讀寫
22 微分時(shí)間I I/O整數(shù) 4051 USHORT 讀寫
23 微分時(shí)間D I/O整數(shù) 4052 SHORT 讀寫
24 PID運(yùn)算周期 I/O整數(shù) 4053 SHORT 讀寫
25 輸出周期 I/O整數(shù) 4054 USHORT 讀寫
26 自整定 I/O整數(shù) 4055 USHORT 讀寫
27 抑制系數(shù) I/O整數(shù) 4056 FLOAT 讀寫
28 測(cè)量通道信號(hào)類型 I/O整數(shù) 4058 USHORT 讀寫
29 測(cè)量通道小數(shù)點(diǎn) I/O整數(shù) 4059 USHORT 讀寫
30 第一報(bào)警方式 I/O整數(shù) 4060 USHORT 讀寫
序號(hào) 變量名稱 變量類型 寄存器 數(shù)據(jù)類型 讀寫屬性
31 第二報(bào)警方式 I/O整數(shù) 4061 USHORT 讀寫
32 第三報(bào)警方式 I/O整數(shù) 4062 USHORT 讀寫
33 第四報(bào)警方式 I/O整數(shù) 4063 USHORT 讀寫
34 測(cè)量通道閃爍報(bào)警 I/O整數(shù) 4064 USHORT 讀寫
35 測(cè)量通道濾波系數(shù) I/O整數(shù) 4065 USHORT 讀寫
36 設(shè)備號(hào) I/O整數(shù) 4066 USHORT 讀寫
37 通訊波特率 I/O整數(shù) 4067 USHORT 讀寫
38 報(bào)警打印功能 I/O整數(shù) 4068 USHORT 讀寫
39 定向打印間隔時(shí)間 I/O整數(shù) 4069 SHORT 讀寫
40 測(cè)量通道單位 I/O整數(shù) 4070 USHORT 讀寫
序號(hào) 變量名稱 變量類型 寄存器 數(shù)據(jù)類型 讀寫屬性
41 PID正反作用方式 I/O整數(shù) 4071 USHORT 讀寫
42 PID輸出類型 I/O整數(shù) 4072 USHORT 讀寫
43 PID顯示方式 I/O整數(shù) 4073 USHORT 讀寫
44 PID算式類型 I/O整數(shù) 4074 USHORT 讀寫
45 控制方式 I/O整數(shù) 4075 USHORT 讀寫
46 閥門類型 I/O整數(shù) 4076 USHORT 讀寫
47 閥位行程時(shí)間 I/O整數(shù) 4077 USHORT 讀寫
48 正反轉(zhuǎn)手動(dòng)方式 I/O整數(shù) 4078 USHORT 讀寫
49 閥位控制輸出會(huì)差值 I/O實(shí)數(shù) 4079 FLOAT 讀寫
50 上電手自動(dòng)狀態(tài) I/O整數(shù) 4081 USHORT 讀寫
序號(hào) 變量名稱 變量類型 寄存器 數(shù)據(jù)類型 讀寫屬性
51 PID輸出下限 I/O實(shí)數(shù) 4082 FLOAT 讀寫
52 PID輸出上限 I/O實(shí)數(shù) 4084 FLOAT 讀寫
53 測(cè)量通道零點(diǎn)遷移 I/O實(shí)數(shù) 4086 FLOAT 讀寫
54 測(cè)量通道量程比例 I/O實(shí)數(shù) 4088 FLOAT 讀寫
55 測(cè)量通道冷端零點(diǎn)遷移 I/O實(shí)數(shù) 4090 FLOAT 讀寫
56 測(cè)量通道冷端放大比例 I/O實(shí)數(shù) 4092 FLOAT 讀寫
57 變送輸出零點(diǎn)遷移 I/O實(shí)數(shù) 4094 FLOAT 讀寫
58 變送輸出放大比例 I/O實(shí)數(shù) 4096 FLOAT 讀寫
59 控制輸出零點(diǎn)遷移 I/O實(shí)數(shù) 4098 FLOAT 讀寫
60 控制輸出放大比例 I/O實(shí)數(shù) 4100 FLOAT 讀寫
序號(hào) 變量名稱 變量類型 寄存器 數(shù)據(jù)類型 讀寫屬性
61 變送輸出量程下限 I/O實(shí)數(shù) 4102 FLOAT 讀寫
62 變送輸出量程上限 I/O整數(shù) 4104 FLOAT 讀寫
63 測(cè)量通道閃爍報(bào)警下限 I/O整數(shù) 4106 FLOAT 讀寫
64 測(cè)量通道閃爍報(bào)警上限 I/O整數(shù) 4108 FLOAT 讀寫
65 PV光柱顯示下限 I/O整數(shù) 4110 FLOAT 讀寫
66 PV光柱顯示上限 I/O整數(shù) 4112 FLOAT 讀寫
67 測(cè)量通道測(cè)量量程下限 I/O整數(shù) 4114 FLOAT 讀寫
68 測(cè)量通道測(cè)量量程上限 I/O整數(shù) 4116 FLOAT 讀寫
69 測(cè)量通道小信號(hào)切除 I/O整數(shù) 4118 FLOAT 讀寫
70 閥位反饋/給定信號(hào) I/O整數(shù) 4120 USHORT 讀寫
序號(hào) 變量名稱 變量類型 寄存器 數(shù)據(jù)類型 讀寫屬性
71 閥位反饋/給定小數(shù)點(diǎn) I/O整數(shù) 4121 USHORT 讀寫
72 閥位反饋/給定濾波系數(shù) I/O整數(shù) 4122 USHORT 讀寫
73 閥位反饋/給定遷移零點(diǎn) I/O實(shí)數(shù) 4123 FLOAT 讀寫
74 閥位反饋/給定遷移比例 I/O實(shí)數(shù) 4125 FLOAT 讀寫
75 SV光柱下限值 I/O實(shí)數(shù) 4127 FLOAT 讀寫
76 SV光柱上限值 I/O實(shí)數(shù) 4129 FLOAT 讀寫
77 閥位反饋/給定量程下限 I/O實(shí)數(shù) 4131 FLOAT 讀寫
78 閥位反饋/給定量程上限 I/O實(shí)數(shù) 4133 FLOAT 讀寫
昌暉YR-GAD系列人工智能調(diào)節(jié)器與組態(tài)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(diào)節(jié)器與組態(tài)王的通訊方法，通過組態(tài)王軟件平臺(tái)與所支持的MODBUS協(xié)議及RS485通訊接口，將代表YR-GAD人工智能調(diào)節(jié)器控制功能的78個(gè)控制參數(shù)采集到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)里來，為工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控控制打下基礎(chǔ)。
大家可通過YR-GAD人工智能調(diào)節(jié)器選型頁面http://prosperiteweb.com/product/979.html了解人工智能調(diào)節(jié)器詳盡技術(shù)參數(shù)，將這種高貴而不貴的產(chǎn)品應(yīng)用于自動(dòng)化過程控制中。
作者：遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)控制系 李冬冬
