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宇电AIBUS及MODBUS通讯协议说明(V8.0)
点击次数:4103 发布时间:2016-03-22

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960019200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系统更优越的潜力。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100%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

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

 

17H

FILt数字滤波

 

18H**

AMAn手动/自动选择

0,MAN;1,Auto;2,FMAn;3,FAut

19H

Loc参数封锁

 

1AH**

MV手动输出值

 

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

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

 

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

 

40H~47H

EP1~EP8

 

48H**

阀门位置(只读)

数值0~25600对应0~100%,读取数除以256方为百分比数

49H~4FH

备用

 

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

 

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。

 

  • MODBUS兼容通信协议

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。

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  • 叶再源

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