《计算机控制技术》实验4 基于RS-485总线的分布式数据采集系统实验

《计算机控制技术》

12023/3/16实验四

基于RS485总线的分布式数据采集系统实验22023/3/16

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实验目的

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实验仪器实验四基于RS485总线的分布式数据采集系统实验

3实验原理

4实验接线图

5实验内容

6实验步骤32023/3/161实验目的

熟悉RS-485总线分布式网络结构、工作原理。

掌握智能模块与组态王的连接。

掌握组态王的工程开发过程与方法。42023/3/161．计算机控制技术实验平台

研华智能模块ADAM-4520、ADAM-4117、ADAM-4050、ADAM-4080、温控对象电加热炉。2．S7-224XP接口板3.KingView6.5组态软件。2实验仪器52023/3/16图1实验平台62023/3/161.RS-485总线分布式网络结构、工作原理

在工业控制中，RS-485串行总线由于双向平衡差分传输特性具有的干扰性好、传输距离远、有较大级联能力等特点，适合于构建高速和长距离发送/接收的分布式控制网络系统。在各种工业仪器、仪表大量使用的今天，RS-485总线得到了广泛的应用。

基于RS485总线的分布式数据采集系统为主从分布式测量系统，其中工控机（IPC）作为系统主站（也称上位机），并配有RS-232/485转换器，作用是进行数据处理、分析，实现对系统的监视与管理。模拟量输入模块ADAM-4117、数字量输入/输出模块ADAM-4050和计数/频率模块ADAM-4080等智能远程I/O模块作为数据采集系统的从站（也称下位机），实现模拟量、开关量及数字量等信息的采集，信号计数或频率测量。3实验原理72023/3/16图1RS485总线分布式数据采集系统结构图2.RS485总线系统结构82023/3/16RS-485协议的技术指标如下：•每段最长连线：1200m：•最大传输速率：10Mbit／s；•高阻抗抗噪声的差分传送；•标准每段最多32个节点；•单组双绞线电缆上的双向主从通信；•并行连接的节点，真正的多点通信。92023/3/163.组态王的工程开发（1）组态介绍

对控制系统进行监控一般有两种方法：组态软件监控、第三方软件编制的监控软件监控。用组态软件实现监控，可以利用组态软件提供的硬件驱动功能直接访问硬件进行通信，不需编写通信程序，且功能强大，灵活性好，可靠性高，但软件价格高，对硬件的依赖比较大，当组态软件不支持相关的硬件时就会受到限制。在复杂控制系统中可以采用此方法。对ADAM-4000的编程有两种方法：第一种是直接串口编程，通信协议采用ADAM的ASCII命令，例如在VB下可以用Comm控件。另一种编程方法是调用研华提供的DLL库函数。102023/3/16在分布式网络采集系统的主站中采用的软件开发平台为组态软件。组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活多样的组态方式（而不是编程方式），提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，容易实现和完成监控层的各项功能，可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。组态软件支持各种工控设备和常见的通信协议，并且提供分布式数据管理和网络功能。“组态”的概念是伴随着集散型控制系统（DistributedControlSystem简称DCS）的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。112023/3/16图2工业控制系统网络图工业控制系统可划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构122023/3/16（2）组态王软件的结构

组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分构成。1.工程管理器：工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。2.工程浏览器：工程浏览器是一个工程开发设计工具，用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。3.运行系统：工程运行界面，从采集设备中获得通信数据，并依据工程浏览器的动画设计显示动态画面，实现人与控制设备的交互操作。132023/3/16（3）建立应用工程的一般过程

通常情况下，建立一个应用工程大致可分为以下几个步骤：第一步：创建新工程第二步：添加设备驱动第三步：定义硬件设备并添加工程变量第四步：制作图形画面并定义动画连接第五步：编写命令语言第六步：进行运行系统的配置第六步：保存工程并运行142023/3/164.研华ADAM-4000系列智能模块的结构、性能、技术参数智能远程I／O模块是传感器和执行机构到计算机的多功能远程I／O单元，专为恶劣环境下的可靠操作而设计，具有内置的微处理器，严格的工业级塑料外壳，使其可以独立提供智能信号调理、I／O隔离、模拟量I／O、数字量I／O、数据显示和串行数字通信接口。远程I／O模块可以安装在现场，就地完成A／D、D／A转换、I／O操作及脉冲量的计数、累计等操作，以通讯方式和计算机交换信息，构成数据采集控制系统。市场上使用得比较广泛的RS-485接口的智能模块有研华公司推出的ADAM-4000系列模块如图3图3研华模块152023/3/161）ADAM-4117是16位A/D、8通道的模拟量输入模块，可以采集电压、电流等模拟量输入信号，并且为所有通道都提供了独立的可编程的输入范围。2）ADAM-4050带有7路数字量输入和8路数字量输出。它的数字量输出为集电极开路的晶体管开关，可由主机进行控制。主机可以利用模块的数字量输入来检测行程开关、安全开关或远程数字量信号。3）ADAM-4080/4080D计数器/频率输入模块，有两个32位计数器（计数器0和计数器1），其中的嵌入式可编程定时器用于频率测量。162023/3/16

图4硬件接线图4实验接线图硬件接线图172023/3/165实验内容1.ADAM-4000模块配置。2.数据采集系统的建立。3.系统测试。182023/3/166实验步骤1．模块地址设置（1）模块配置与连接

将模块装入现有网络之前，必须对其加以配置，即设置波特率和地址。模块出厂时的初始配置为：波特率：9600bit/s；地址：01(十六进制)。设置模块地址时，4520须单独连接该模块。

智能模块的配置主要采用ADAM应用软件或者通过串口终端程序发命令集的方式进行配置。ADAM-4000系列模块使用集成的专用应用软件工具进行系统配置，应用软件名称为：ADAM-4000／5000Series／SetupUtility或AdvantechAdamApax.NETUtility（还支持Win7）包含的功能主要有：模块配置、模块校准、数据输入和数据输出、报警设置、连接模块的自动扫描、终端仿真。192023/3/16主机电源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)图4模块的基本连接202023/3/16图5软件打开方式（2）模块配置步骤下面以ADAM.NetUtility为例，演示ADAM-4117的配置和测试过程。首先在断电状态把模块侧面开关拨至“Init”位置，上电。通过如下路径打开AUtility：

Step1选择连接到ADAM-4117的com口，点击上面的放大镜图标search：212023/3/16一般情况下，鼠标点击到com1时，右侧setting中的参数无需改变，除非已经修改了ADAM-4520以及ADAM-4117的串口通讯参数（例如波特率、数据位等）

222023/3/16Step2一般情况下，无需更改弹出窗口的Startingaddress，直接点击Start即可。这项参数的含义是从哪个RS-485地址开始搜索，一直搜索到Address255为止。图6模块搜索232023/3/16Step3搜索到模块后，可以点击Cancel按钮取消搜索，点击左侧菜单中的模块名称进入模块配置页面。图7模块配置242023/3/16

在上面的Utility画面中，可以配置RS-485地址(Address)、波特率(Baudrate)、通讯协议(Procotol)等。修改完毕后，点击右上角的“Applychange”保存设置到模块的芯片里。252023/3/162.按图3接线。分别将研华智能模块ADAM4117、ADAM4050、ADAM4080、ADAM4520的+Vs端和GND端与电源24V正极和负极相连，将ADAM4117、ADAM4050、ADAM4080的DATA+和DATA-与ADAM4520的DATA+和DATA-相连,将ADAM4080的IN0+接24V直流电源正极，IN0-接S7-224XP接口板DI0.1,将ADAM4050的DI0接S7-224XP接口板DI0.0,并将S7-224XP接口板输入公共端接24V直流电负极。262023/3/16图（a）2.数据采集系统建立（1）新建工程。启动计算机，在桌面双击图标组态王6.55快捷方式运行组态王软件，进入组态王工程管理器，点击“文件”---〉“新建工程”，出现如图11界面，272023/3/16点击下一步。图8新建工程图（b）282023/3/16选择存储路径，我们选择桌面，如图图9选择存储路径292023/3/16点击下一步，输入工程名“123”，点击“完成”图10输入工程名称302023/3/16

点击“是”。出现如图，图11新建工程完成312023/3/16双击新建的工程“123”进入工程浏览器，如图：图12工程浏览器322023/3/16（2）定义设备。点击工程浏览器工程目录显示区里的“设备”---〉“COM1”---〉“新建”---〉“智能模块”---〉“Adam4000”---〉“ADAM4017+”---〉“COM”---〉“下一步”，如图所示图13定义设备332023/3/16串行接口均选择COM1口,双击“COM1”，通讯参数设置为无校验。如图所示图14通讯参数设置342023/3/16（3）定义数据变量。点击工程目录显示区里的“数据库”---〉“数据词典”---〉“新建”，变量名：“模拟量”，变量类型：“I/O实型”，连接设备“ADAM=4017”，寄存器：“AI”，数据类型：“float”,读写属性：“只读”。方法类似，对“开关量”（对应ADAM4050的DI）、“脉冲量”（对应ADAM=4080的COUNT0）、计数启停控制变量“CS0”（对应ADAM=4080的CS0）、计数清零变量“CLSC0”（对应ADAM=4080的CLSC0）对应响应设备的寄存器进行定义，中间变量“模拟量输入”“开关量输入”“脉冲量输入”“a”“开始停止实验”“报警灯闪”定义为响应内存变量。352023/3/16图15定义变量362023/3/16（4）新建画面。点击工程目录显示区里的“文件”---〉“画面”---〉双击“新建”，新建一个数据采集主界面，图16定义画面372023/3/16输入画面名称“数据采集主界面”，进入主界面，图17主界面382023/3/16点击工具箱里文本符号，添加标题“基于RS485总线的分布式数据采集实验”，其他文本添加方法类似，不再赘述。图18工具箱392023/3/166．绘制原理图。点击工具箱里打开图库符号---〉“计算机”，双击计算机图片，加入新建的主界面，后面添加“电加热炉”“按钮”“报警指示灯”和“通讯指示灯方法”类似，利用矩形符号和文本符号绘制原理图。如图：图19绘制原理图402023