《計算機控制技術(shù)》實驗4 基于RS-485總線的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實驗

《計算機控制技術(shù)》

12023/3/16實驗四

基于RS485總線的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實驗22023/3/16

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實驗目的

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實驗儀器實驗四基于RS485總線的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實驗

3實驗原理

4實驗接線圖

5實驗內(nèi)容

6實驗步驟32023/3/161實驗目的

熟悉RS-485總線分布式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、工作原理。

掌握智能模塊與組態(tài)王的連接。

掌握組態(tài)王的工程開發(fā)過程與方法。42023/3/161．計算機控制技術(shù)實驗平臺

研華智能模塊ADAM-4520、ADAM-4117、ADAM-4050、ADAM-4080、溫控對象電加熱爐。2．S7-224XP接口板3.KingView6.5組態(tài)軟件。2實驗儀器52023/3/16圖1實驗平臺62023/3/161.RS-485總線分布式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、工作原理

在工業(yè)控制中，RS-485串行總線由于雙向平衡差分傳輸特性具有的干擾性好、傳輸距離遠、有較大級聯(lián)能力等特點，適合于構(gòu)建高速和長距離發(fā)送/接收的分布式控制網(wǎng)絡系統(tǒng)。在各種工業(yè)儀器、儀表大量使用的今天，RS-485總線得到了廣泛的應用。

基于RS485總線的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為主從分布式測量系統(tǒng)，其中工控機（IPC）作為系統(tǒng)主站（也稱上位機），并配有RS-232/485轉(zhuǎn)換器，作用是進行數(shù)據(jù)處理、分析，實現(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)視與管理。模擬量輸入模塊ADAM-4117、數(shù)字量輸入/輸出模塊ADAM-4050和計數(shù)/頻率模塊ADAM-4080等智能遠程I/O模塊作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的從站（也稱下位機），實現(xiàn)模擬量、開關量及數(shù)字量等信息的采集，信號計數(shù)或頻率測量。3實驗原理72023/3/16圖1RS485總線分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.RS485總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)82023/3/16RS-485協(xié)議的技術(shù)指標如下：?每段最長連線：1200m：?最大傳輸速率：10Mbit／s；?高阻抗抗噪聲的差分傳送；?標準每段最多32個節(jié)點；?單組雙絞線電纜上的雙向主從通信；?并行連接的節(jié)點，真正的多點通信。92023/3/163.組態(tài)王的工程開發(fā)（1）組態(tài)介紹

對控制系統(tǒng)進行監(jiān)控一般有兩種方法：組態(tài)軟件監(jiān)控、第三方軟件編制的監(jiān)控軟件監(jiān)控。用組態(tài)軟件實現(xiàn)監(jiān)控，可以利用組態(tài)軟件提供的硬件驅(qū)動功能直接訪問硬件進行通信，不需編寫通信程序，且功能強大，靈活性好，可靠性高，但軟件價格高，對硬件的依賴比較大，當組態(tài)軟件不支持相關的硬件時就會受到限制。在復雜控制系統(tǒng)中可以采用此方法。對ADAM-4000的編程有兩種方法：第一種是直接串口編程，通信協(xié)議采用ADAM的ASCII命令，例如在VB下可以用Comm控件。另一種編程方法是調(diào)用研華提供的DLL庫函數(shù)。102023/3/16在分布式網(wǎng)絡采集系統(tǒng)的主站中采用的軟件開發(fā)平臺為組態(tài)軟件。組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活多樣的組態(tài)方式（而不是編程方式），提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法，容易實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，可向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，進行系統(tǒng)集成。組態(tài)軟件支持各種工控設備和常見的通信協(xié)議，并且提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡功能。“組態(tài)”的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem簡稱DCS）的出現(xiàn)才開始被廣大的生產(chǎn)過程自動化技術(shù)人員所熟知的。112023/3/16圖2工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡圖工業(yè)控制系統(tǒng)可劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)122023/3/16（2）組態(tài)王軟件的結(jié)構(gòu)

組態(tài)王軟件結(jié)構(gòu)由工程管理器、工程瀏覽器及運行系統(tǒng)三部分構(gòu)成。1.工程管理器：工程管理器用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理，對已有工程進行搜索、添加、備份、恢復以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導入和導出等功能。2.工程瀏覽器：工程瀏覽器是一個工程開發(fā)設計工具，用于創(chuàng)建監(jiān)控畫面、監(jiān)控的設備及相關變量、動畫鏈接、命令語言以及設定運行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具。3.運行系統(tǒng)：工程運行界面，從采集設備中獲得通信數(shù)據(jù)，并依據(jù)工程瀏覽器的動畫設計顯示動態(tài)畫面，實現(xiàn)人與控制設備的交互操作。132023/3/16（3）建立應用工程的一般過程

通常情況下，建立一個應用工程大致可分為以下幾個步驟：第一步：創(chuàng)建新工程第二步：添加設備驅(qū)動第三步：定義硬件設備并添加工程變量第四步：制作圖形畫面并定義動畫連接第五步：編寫命令語言第六步：進行運行系統(tǒng)的配置第六步：保存工程并運行142023/3/164.研華ADAM-4000系列智能模塊的結(jié)構(gòu)、性能、技術(shù)參數(shù)智能遠程I／O模塊是傳感器和執(zhí)行機構(gòu)到計算機的多功能遠程I／O單元，專為惡劣環(huán)境下的可靠操作而設計，具有內(nèi)置的微處理器，嚴格的工業(yè)級塑料外殼，使其可以獨立提供智能信號調(diào)理、I／O隔離、模擬量I／O、數(shù)字量I／O、數(shù)據(jù)顯示和串行數(shù)字通信接口。遠程I／O模塊可以安裝在現(xiàn)場，就地完成A／D、D／A轉(zhuǎn)換、I／O操作及脈沖量的計數(shù)、累計等操作，以通訊方式和計算機交換信息，構(gòu)成數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。市場上使用得比較廣泛的RS-485接口的智能模塊有研華公司推出的ADAM-4000系列模塊如圖3圖3研華模塊152023/3/161）ADAM-4117是16位A/D、8通道的模擬量輸入模塊，可以采集電壓、電流等模擬量輸入信號，并且為所有通道都提供了獨立的可編程的輸入范圍。2）ADAM-4050帶有7路數(shù)字量輸入和8路數(shù)字量輸出。它的數(shù)字量輸出為集電極開路的晶體管開關，可由主機進行控制。主機可以利用模塊的數(shù)字量輸入來檢測行程開關、安全開關或遠程數(shù)字量信號。3）ADAM-4080/4080D計數(shù)器/頻率輸入模塊，有兩個32位計數(shù)器（計數(shù)器0和計數(shù)器1），其中的嵌入式可編程定時器用于頻率測量。162023/3/16

圖4硬件接線圖4實驗接線圖硬件接線圖172023/3/165實驗內(nèi)容1.ADAM-4000模塊配置。2.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建立。3.系統(tǒng)測試。182023/3/166實驗步驟1．模塊地址設置（1）模塊配置與連接

將模塊裝入現(xiàn)有網(wǎng)絡之前，必須對其加以配置，即設置波特率和地址。模塊出廠時的初始配置為：波特率：9600bit/s；地址：01(十六進制)。設置模塊地址時，4520須單獨連接該模塊。

智能模塊的配置主要采用ADAM應用軟件或者通過串口終端程序發(fā)命令集的方式進行配置。ADAM-4000系列模塊使用集成的專用應用軟件工具進行系統(tǒng)配置，應用軟件名稱為：ADAM-4000／5000Series／SetupUtility或AdvantechAdamApax.NETUtility（還支持Win7）包含的功能主要有：模塊配置、模塊校準、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出、報警設置、連接模塊的自動掃描、終端仿真。192023/3/16主機電源DC+（0~30V）+VSGNDDATA+DATA-ADAMI/ORS-232/RS-485TXD(2)RXD(3)RTS(7)GND(5)+VSGNDDATA+DATA-TXD(3)RXD(2)RTS(7)GND(5)圖4模塊的基本連接202023/3/16圖5軟件打開方式（2）模塊配置步驟下面以ADAM.NetUtility為例，演示ADAM-4117的配置和測試過程。首先在斷電狀態(tài)把模塊側(cè)面開關撥至“Init”位置，上電。通過如下路徑打開AUtility：

Step1選擇連接到ADAM-4117的com口，點擊上面的放大鏡圖標search：212023/3/16一般情況下，鼠標點擊到com1時，右側(cè)setting中的參數(shù)無需改變，除非已經(jīng)修改了ADAM-4520以及ADAM-4117的串口通訊參數(shù)（例如波特率、數(shù)據(jù)位等）

222023/3/16Step2一般情況下，無需更改彈出窗口的Startingaddress，直接點擊Start即可。這項參數(shù)的含義是從哪個RS-485地址開始搜索，一直搜索到Address255為止。圖6模塊搜索232023/3/16Step3搜索到模塊后，可以點擊Cancel按鈕取消搜索，點擊左側(cè)菜單中的模塊名稱進入模塊配置頁面。圖7模塊配置242023/3/16

在上面的Utility畫面中，可以配置RS-485地址(Address)、波特率(Baudrate)、通訊協(xié)議(Procotol)等。修改完畢后，點擊右上角的“Applychange”保存設置到模塊的芯片里。252023/3/162.按圖3接線。分別將研華智能模塊ADAM4117、ADAM4050、ADAM4080、ADAM4520的+Vs端和GND端與電源24V正極和負極相連，將ADAM4117、ADAM4050、ADAM4080的DATA+和DATA-與ADAM4520的DATA+和DATA-相連,將ADAM4080的IN0+接24V直流電源正極，IN0-接S7-224XP接口板DI0.1,將ADAM4050的DI0接S7-224XP接口板DI0.0,并將S7-224XP接口板輸入公共端接24V直流電負極。262023/3/16圖（a）2.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建立（1）新建工程。啟動計算機，在桌面雙擊圖標組態(tài)王6.55快捷方式運行組態(tài)王軟件，進入組態(tài)王工程管理器，點擊“文件”---〉“新建工程”，出現(xiàn)如圖11界面，272023/3/16點擊下一步。圖8新建工程圖（b）282023/3/16選擇存儲路徑，我們選擇桌面，如圖圖9選擇存儲路徑292023/3/16點擊下一步，輸入工程名“123”，點擊“完成”圖10輸入工程名稱302023/3/16

點擊“是”。出現(xiàn)如圖，圖11新建工程完成312023/3/16雙擊新建的工程“123”進入工程瀏覽器，如圖：圖12工程瀏覽器322023/3/16（2）定義設備。點擊工程瀏覽器工程目錄顯示區(qū)里的“設備”---〉“COM1”---〉“新建”---〉“智能模塊”---〉“Adam4000”---〉“ADAM4017+”---〉“COM”---〉“下一步”，如圖所示圖13定義設備332023/3/16串行接口均選擇COM1口,雙擊“COM1”，通訊參數(shù)設置為無校驗。如圖所示圖14通訊參數(shù)設置342023/3/16（3）定義數(shù)據(jù)變量。點擊工程目錄顯示區(qū)里的“數(shù)據(jù)庫”---〉“數(shù)據(jù)詞典”---〉“新建”，變量名：“模擬量”，變量類型：“I/O實型”，連接設備“ADAM=4017”，寄存器：“AI”，數(shù)據(jù)類型：“float”,讀寫屬性：“只讀”。方法類似，對“開關量”（對應ADAM4050的DI）、“脈沖量”（對應ADAM=4080的COUNT0）、計數(shù)啟?？刂谱兞俊癈S0”（對應ADAM=4080的CS0）、計數(shù)清零變量“CLSC0”（對應ADAM=4080的CLSC0）對應響應設備的寄存器進行定義，中間變量“模擬量輸入”“開關量輸入”“脈沖量輸入”“a”“開始停止實驗”“報警燈閃”定義為響應內(nèi)存變量。352023/3/16圖15定義變量362023/3/16（4）新建畫面。點擊工程目錄顯示區(qū)里的“文件”---〉“畫面”---〉雙擊“新建”，新建一個數(shù)據(jù)采集主界面，圖16定義畫面372023/3/16輸入畫面名稱“數(shù)據(jù)采集主界面”，進入主界面，圖17主界面382023/3/16點擊工具箱里文本符號，添加標題“基于RS485總線的分布式數(shù)據(jù)采集實驗”，其他文本添加方法類似，不再贅述。圖18工具箱392023/3/166．繪制原理圖。點擊工具箱里打開圖庫符號---〉“計算機”，雙擊計算機圖片，加入新建的主界面，后面添加“電加熱爐”“按鈕”“報警指示燈”和“通訊指示燈方法”類似，利用矩形符號和文本符號繪制原理圖。如圖：圖19繪制原理圖402023