AIBUS是厦门宇电自动化科技有限公司为AI系列显示控制仪表开发的通讯协议,能用简单的指令实现全面的功能,其特点是写参数的同时亦可完成读功能,因此写参数时不破坏读的循环周期时间,加上指令长度较少,因此具有比MODBUS更快的速率(尤其是有写入指令时,MODBUS的写入指令不能同时完成读下位机数据的功能,会破坏读指令的周期,延长了读的循环周期),AIBUS协议具有组建大规模过程控制系统能力。AIBUS采用了16位的求和校正码,下位机运算快速且通讯可靠,支持9600和19200等不同波特率,在19200波特率下,上位机访问一台AI-7/8系列高性能仪表的平均时间仅20mS,访问AI-5系列仪表的平均时间为40mS。仪表允许在一个RS485通讯接口上连接多达80台仪表(为保证通讯可靠,仪表数量大于60台时需要加一个RS485中继器)。AI系列仪表可以用PC、触摸屏及PLC作为上位机,其软件资源丰富,发展速度极快。基与PC的上位机软件广泛采用WINDOWS作为操作环境,不仅操作直观方便,而且功能强大。的工业平板触摸屏式PC的应用,更为工业自动化带来新的界面。这使得采用仪表+上位机结构的测控系统价格大大低于传统DCS系统,而性能及可靠性也具备比传统DCS系统更*的潜力。宇电AI-5系列仪表写入寿命可达100万次,而AI-7/8系列仪表则允许连续写参数,如写给定值或输出值,写入寿命高达10亿次,可利用上位机将仪表组成复杂调节系统。
一、接口规格
AI系列仪表使用异步串行通讯接口,接口电平符合RS232C或RS485标准中的规定。数据格式为1个起始位,8位数据,无校验位,1个或2个停止位。通讯传输数据的波特率可调为4800~19200 bit/S,通常用9600 bit/S,单一通讯口所连接仪表数量大于40台或需要更快刷新率时,推荐用19200bit/S,当通讯距离很长或通讯不可靠常中断时,可选4800bit/S。AI仪表采用多机通讯协议,采用RS485通讯接口,则可将1~80台的仪表同时连接在一个通讯接口上。
RS485通讯接口通讯距离长达1KM以上(部分实际应用已达3-4KM),只需两根线就能使多台AI仪表与计算机进行通讯,优于RS232通讯接口。为使用普通个人计算机PC能作上位机,可使用RS232/RS485或USB/RS485型通讯接口转换器,将计算机上的RS232通讯口或USB口转为RS485通讯口。宇电为此专门开发了新型RS232/RS485及USB/RS485转换器,具备体积小、无需初始化而可适应任何软件、无需外接电源、有一定抗雷击能力等优点。
按RS485接口的规定,RS485通讯接口可在一条通讯线路上连接zui多32台仪表或计算机。需要联接更多的仪表时,需要中继器,也可选择采用1/2或1/4负载等芯片的通讯接口来增加可连接仪表的数量。目前生产的AI仪表通讯接口采用低负载芯片并且一定的防雷击和防静电功能,无需中继器即可连接约60台仪表。
AI仪表的RS232及RS485通讯接口采用光电隔离技术将通讯接口与仪表的其他部分线路隔离,当通讯线路上的某台仪表损坏或故障时,并不会对其它仪表产生影响。同样当仪表的通讯部分损坏或主机发生故障时,仪表仍能正常进行测量及控制,并可通过仪表键盘对仪表进行操作,工作可靠性很高。16位校验码的正确性是简单奇偶校验的30000倍,基本能保证数据可靠性。并且同一网络上有其他公司也采用主从方式通讯的产品时,如PLC、变频器等,多数情况下AI系列仪表都不会受其它公司产品通讯干扰,不会产生采集数据混乱或无法通讯的问题。但是AI仪表协议并不能保证其它公司产品能否正常工作,所以除非万不得已,不应将AI仪表与其它产品混在一个RS485通讯总线上,而应分别使用不同的总线。
二、通讯指令
AI仪表采用16进制数据格式来表示各种指令代码及数据。AI仪表软件通讯指令经过优化设计,标准的通讯指令只有两条,一条为读指令,一条为写指令,两条指令使得上位机软件编写容易,但能*完整地对仪表进行操作;标准读和写指令分别如下:
读: 地址代号+52H(82)+要读的参数代号+0+0+校验码
写: 地址代号+43H(67)+要写的参数代号+写入数低字节+写入数高字节+校验码
地址代号:为了在一个通讯接口上连接多台AI仪表,需要给每台AI仪表编一个互不相同的通讯地址。有效的地址为0~80(部分型号为0~100),所以一条通讯线路上zui多可连接81台AI仪表,仪表的通讯地址由参数Addr决定。仪表内部采用两个重复的128~208(16进制为80H~D0H)之间数值来表示地址代号,由于大于128的数较少用到(如ASC方式的协议通常只用0-127之间的数),因此可降低因数据与地址重复造成冲突的可能性。AI仪表通讯协议规定,地址代号为两个相同的字节,数值为(仪表地址+80H)。例如:仪表参数Addr=10(16进制数为0AH,0A+80H=8AH),则该仪表的地址代号为:
8AH 8AH
参数代号:仪表的参数用1个8位二进制数(一个字节,写为16进制数)的参数代号来表示。它在指令中表示要读/写的参数名。
校验码:校验码采用16位求和校验方式,其中读指令的校验码计算方法为:
要读参数的代号×256+82+ADDR
写指令的校验码计算方法为以下公式做16位二进制加法计算得出的余数(溢出部分不处理):
要写的参数代号×256+67+要写的参数值+ADDR
公式中ADDR为仪表地址参数值,范围是0~80(注意不要加上80H)。校验码为以上公式做二进制16位整数加法后得到的余数,余数为2个字节,其低字节在前,高字节在后。要写的参数值用16位二进制整数表示。
返回数据:无论是读还是写,仪表都返回以下10个字节数据:
测量值PV+给定值SV+输出值MV及报警状态+所读/写参数值+校验码
其中PV、SV及所读参数值均各占2个字节,代表一个16位二进制有符号补码整数,低位字节在前,高位字节在后,整数无法表示小数点,要求用户在上位机处理;MV占一个字节,按8位有符号二进制数格式,数值范围-110~+110,状态位占一个字节,校验码占2个字节,共10个字节。不同型号仪表返回各数据含义如下:
仪表型号 | 调节器 温控器 | AI-708M巡检仪 | AI-708H/808H 流量通道 | AI-808H 温度/压力通道 | AI-301M频率调节器/IO模块 |
PV | 测量值PV | 测量值 | 瞬时流量测量值
| 温度测量值,单位为0.1℃ | 测量值PV |
SV | 当前给定值SV | 通道号 (1-6) | 累积流量低位 或批量控制测量值 | 压力测量值,单位为0.001MPa | 当前给定值SV |
MV | 输出值MV | 状态字节B | 累积流量高位 或批量控制给定值 | 补偿前流量或频率值,单位0.1Hz | 调节输出值MV |
状态字节 | 状态字节A | 状态字节A | 状态字节A | ||
参数值 | 表示要读或写的参数的值 |
返回校验码:为PV+SV+(报警状态*256+MV)+参数值+ADDR按整数加法相加后得到的余数。计算校验码时,每2个8位字节组成1个16位二进制整数进行加法运算,溢出数忽略,余数作为校验码。
状态字节A表示仪表部分状态,其含义如下(位7固定为0):
| 调节器及单显表(V7.0) | AI-702M/704M/706M | 调节器、温控器及单显表(V7.5) |
位0 | 上限报警(HIAL) | 上限报警(HIAL) | HIAL |
位1 | 下限报警(LoAL) | 下限报警(LoAL) | LoAL |
位2 | 正偏差报警(dHAL) | 0 | HdAL |
位3 | 负偏差报警(dLAL) | 0 | LdAL |
位4 | 输入超量程报警(orAL) | 超量程报警(orAL) | Oral |
位5 | AL1状态,0为动作 | 0 | 备用(0) |
位6 | AL2状态,0为动作 | 0 | 0表示MV为输出值,1为状态字B |
巡检仪具备状态字节B。状态字节B的位0~6分别表示OP1、OP2、AL1、AL2、AU1、AU2及MIO口的输入状态,0表示为未接通或未输出,1表示外部开关接通或有输出,OUTP或AUX做调节输出时则对应位固定为0。利用功能可将对应端口作为上位机开关量的输出或输出,应用ALP参数设置没有用到的报警端口均可作为I/O端口,利用修改NONC(常开/常闭)参数即可实现对开关量的输出,作为开关量输入时,应将nonc对应位设置为常开,若读入信号为1,则表示外部开关闭合或有信号输入。
AI仪表可读/写的参数代号表(V8.0 518/518P/708/708P/719/719P)
参数代号 | AI-518/518P | 说明 |
00H | 给定值 | 单位同测量值 |
01H | HIAL上限报警 | 单位同测量值 |
02H | LoAL下限报警 | 单位同测量值 |
03H | dHAL正偏差报警 | 单位同测量值 |
04H | dLAL负偏差报警 | 单位同测量值 |
05H | AHYS报警回差 | 单位同测量值 |
06H | CtrL控制方式 | 0,ONOFF;1,APID;2,nPID;3,PoP;4,SoP |
07H | P比例带 | 单位同测量值 |
08H | I 积分时间 | 秒 |
09H | d 微分时间 | 0.1秒 |
0AH | CtI控制周期 | 0.1秒 |
0BH | InP输入规格 | 见使用说明书 |
0CH | dPt小数点位置 | 0,0;1,0.0;2,0.00,3,0.000;如读入的以上数据+128,则表示所有测量值及与测量值使用相同单位的参数(无论是温度或线性信号),均需要除10后4舍5入后再进行显示处理。例如,dPt数值为128+1=129,读入的测量值或相关参数值16位整数值为1000,则实际显示应为10.0,若dPt数值为1,则实际显示的数据为100.0;该参数亦可以写入,但写入时不得加128,写数据范围是0~3。 |
0DH | ScL刻度下限值 | 单位同测量值 |
0EH | ScH刻度上限值 | 单位同测量值 |
0FH | ALP报警输出选择 | 含义见说明书 |
10H | Sc测量平移修正 | 单位同测量值 |
11H | oP1主输出方式 | 0,SSR;1,rELy;2,0-20;3,4-20 |
12H | OPL输出下限 | % |
13H | OPH输出上限 | % |
14H | CF功能选择 | 含义见说明书 |
15H | 仪表型号特征字 | 5180(AI-518)或5187(AI-518P) |
16H | Addr 通讯地址 |
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17H | FILt数字滤波 |
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18H** | AMAn手动/自动选择 | 0,MAN;1,Auto;2,FMAn;3,FAut |
19H | Loc参数封锁 |
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1AH** | MV手动输出值 |
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1BH | Srun 运行/停止选择 | 0,run;1,StoP;2,HoLd |
1CH | CHYS 控制回差 | 单位同测量值 |
1DH | At 自整定选择 | 0,OFF;1,on;2;FoFF |
1EH | SPL 给定值下限 | 单位同测量值 |
1FH | SPH 给定值上限 | 单位同测量值 |
20H | Fru单位及电源频率 | 0,50C;1,50F;2,60C;3,60F |
21H | OHEF OPH有效范围 | 单位同测量值 |
22H | Act 正/反作用 | 0,rE;1,dr;2,rEbA;3,drbA |
23H | AdIS 报警选择 | 0,OFF;1,on |
24H | Aut 冷输出规格 | 0,SSR;1,rELy;2,0-20;3,4-20 |
25H | P2 冷输出比例带 | 单位同测量值 |
26H | I2 冷输出积分时间 | 秒 |
27H | d2 冷输出微分时间 | 0.1秒 |
28H | CtI2 冷输出周期 | 0.1秒 |
29H | Et 事件输入类型 | 0,nonE;1,ruSt;2,SP1.2;3,PId2 |
2AH*** | SPr 升温速率限制 | 测量值单位/(分钟)(需等同测量值进行单位处理) |
2BH* | Pno 程序段数 | 整数 |
2CH* | PonP 上电选择 | 0,Cont;1,StoP;2,run1;3,dASt;4,HoLd |
2DH* | PAF 程序参数 | 功能见说明书 |
2EH* | STEP 程序段号 | 整数 |
2FH* | 已运行时间 | 0.1分或0.1小时,由PAF参数决定 |
30H* | 事件输出状态 | 0,无事件输出;1,事件1(AL1)动作;2,AL2动作;3,AL1及AL2动作 |
31H** | OPrt软启动时间 |
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32H** | Strt阀门转动时间 | 定义阀门转动需要的时间 |
33H** | SPSL外给定下限 | 当外给定输入口用于测量阀门反馈信号时,设定阀门定位值1 |
34H** | SPSH外给定上限 | 当外给定输入口用于测量阀门反馈信号时,设定阀门定位值2 |
35H** | Ero故障输出值 | 定义传感器输入故障或超量程时,仪表的调节输出值 |
36H** | AF2 | 功能参数2 |
37H~3FH | 备用 |
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40H~47H | EP1~EP8 |
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48H** | 阀门位置(只读) | 数值0~25600对应0~*,读取数除以256方为百分比数 |
49H~4FH | 备用 |
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50H~51H | SP 1、t 1 | SP1为给定值1,t1为首段程序值 |
52H~ | SP2 ~ 程序段数据,数量由Pno参数定义 |
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说明:
1、带一个*星号的参数仅为AI-518P/708P/719P可用,若对AI-518/708/719读写则视为无效参数代号,带**的参数是AI-719等仪表方可使用,带***的参数是AI-518P/708P/719/719P等型号方可使用。
2、如果向仪表读取参数代号在表格中以外的参数(无效参数代号或备用参数代号),则仪表返回的参数值,高位值为127(若读成整数就是32512~32767,由于AI系列仪表参数zui大设置范围是32000,所以32512以上参数可以作为读错参数代号的标志),在上位机程序中予以处理;若读取参数代号大于有效程序段的zui后一个数值(0B4H),则下位机视同传输出错,不回应。
3、带手动调节功能的仪表处于手动状态时,可通过写1AH参数来调节手动输出值。
4、15H为仪表的型号特征字,不同型号仪表其数字不同,上位机可用于区分仪表型号:
| 型号特征字 |
AI-518(V8.0)智能温控器 | 5180 |
AI-518P(V8.0)程序型智能温控器 | 5187 |
AI-708(V8.0)高精度智能温控器 | 7080 |
AI-708P(V8.0)高精度程序型智能温控器 | 7087 |
AI-719(V8.0)高精度智能温控器/调节器 | 7190 |
AI-719P(V8.0)高精度程序型智能温控器/调节器 | 7197 |
AI-702M/704M/706M | 768 |
AI-708H/808H(流量通道) | 256(普通累积模式);257(批量控制模式) |
AI-808H(温度及压力通道) | 258 |
AI-301M | 512 |
AI-7048四路PID控制器 | 7048 |
针对不同型号仪表,上位机应对其传输数据做不同模式处理。
5、累积流量清零:AI-708H/808H的流量累积参数FLJH及FLJL只能清零,不能改写,清零方法是向FLJH写入30808(占2个地址时,必须是用*个地址),即可清零累积流量FLJH、FLJL及补偿前流量累积EJH及EJL,同时CLn值加1,CLn为只读,不可改写。向参数代号2AH写入31808,则可清除批量控制累积值,同时复位批量控制输出继电器。
三、编程方法
系统采用主从式多机通讯结构,每向仪表发一个指令,仪表返回一个数据。编写上位机软件时,注意每条有效指令仪表应在0~150mS内作出应答,而上位机也必须等仪表返回数据后,才能发新的指令,否则将引起错误。如果仪表超过zui大响应时间(150mS)仍没有应答,则原因可能无效指令、通讯线路故障,仪表没有开机,通讯地址不合等,此时上位机应重发指令或跳过改地址仪表。例如,将地址(参数ADDR)为1的仪表的给定值(参数代号0)写为100.0℃(整数为1000),用VB的编程方法如下:
1、初始化通讯口,包括与仪表相同的波特率,数据位8,停止位2,无校验。注意某些厂家的RS232/RS485通讯转换器对RTS、DTR等控制线有一定的要求,上位机软件必须对这些控制线进型编程。用本公司生产的RS232/RS485转换器则可免去对这些线进行编程。
2、VB编程指令(写SP1为1000)为:COMM1.OUTPUT=
CHR$(129)+CHR$(129)+CHR$(67)+CHR$(0)+CHR$(232)+CHR$(3)+CHR$(44)+CHR$(4)
3、小数点处理(仅V8.0版本以上):为提升效率,仪表传送的所有数值均为16位二进制补码整数,因此上位及必须将整数按一定规则转换为带小数点的实际数据,方法是在上位机程序启动后,应优先读取参数dPt(0CH)获得测量信号的小数点位置。注意:如果dPt的数值大于或等于128,则表示所传输的测量值,以及与测量值相同单位的参数应该除以10后进行显示,当对下位机写这类参数值时,则应将显示的数取消小数点成为整数,再乘以10,按16位二进制补码下传数据。
通讯的技术指标如下:
仪表型号 | AI-301、AI-7/8系列仪表(V7.X) | AI-5XX系列仪表 |
zui迟返回时间(4800bit/S条件下) | 100mS | 150mS |
zui快返回时间(19200 bit/S条件下) | 5mS | 5mS |
平均读写周期(19200bit/S条件下) | 20mS | 50mS |
参数允许改写次数 | 10亿次 | 100万次 |
注:对于AI-5XX系列仪表,写入参数周期不易低于2分钟,否则可能导致仪表在5年保修期内损坏存储单元损坏。
从V8.2版本开始,AI系列仪表可选择使用MODBUS通信协议,AI仪表能支持MODBUS协议下的2条子指令,以更广泛地与其它MODBUS设备相互通信,为保证速率,AI仪表采用RTU(二进制)模式,波特率必须设置为9600bit/S,无奇偶校验位,支持03H(读参数及数据)及06H(写单个参数)这两条指令。
对于518/708/708P/719/719P等型号仪表的03指令,要求一次性读取4个数据,指令如下:
ADDR+03H+0+要读的参数代号+0+4+CRC校验码
返回数据为:ADDR+03H+08H+测量值PV高位+测量值PV低位+给定值SV高位+SV低位+报警状态+输出值MV+所读参数值高位+所读参数值低位+CRC校验码低位+CRC校验码高位
写单个参数指令为:
ADDR+06H+0+要写的参数代号+要写入的数据高位+要写入数据低位+CRC校验码
由于MODBUS协议的本身的限制,使用写指令无法返回测量值等信息,会导致写入时测量值无法刷新,因此应尽量减少写指令的使用,以免影响系统性能。