模拟信号0-10V转RS-485/232,数据采集A/D转换模块

模拟信号4-20mA转RS-485/232，数据采集A/D转换模块

产品特点：

● 模拟信号采集，隔离转换 RS-485/232输出

● 采用12位AD转换器，测量精度优于0.1%

● 通过RS-485/232接口可以程控校准模块精度

● 信号输入 / 输出之间隔离耐压3000VDC

● 宽电源供电范围：8 ~ 32VDC

● 可靠性高，编程方便，易于应用

● 标准DIN35导轨安装，方便集中布线

● 用户可编程设置模块地址、波特率等

● 支持Modbus RTU 通讯协议

● 低成本、小体积模块化设计

 

典型应用：

● 信号测量、监测和控制

●  RS-485远程I/O，数据采集

● 智能楼宇控制、安防工程等应用系统

●  RS-232/485总线工业自动化控制系统

● 工业现场信号隔离及长线传输

● 设备运行监测

● 传感器信号的测量      

● 工业现场数据的获取与记录

● 医疗、工控产品开发

●  4-20mA或0-5V信号采集

 

产品概述：

产品实现传感器和主机之间的信号采集，用来检测模拟信号。IBF系列产品可应用在 RS-232/485总线工业自动化控制系统，4-20mA / 0-5V信号测量、监测和控制，0-75mV，0-100mV等小信号的测量以及工业现场信号隔离及长线传输等等。

产品包括电源隔离，信号隔离、线性化，A/D转换和RS-485串行通信。每个串口最多可接255只模块，通讯方式采用ASCII码通讯协议或MODBUS RTU通讯协议，其指令集兼容于ADAM模块，波特率可由代码设置，能与其他厂家的控制模块挂在同一RS-485总线上，便于计算机编程。

 图2  模块内部框图

 

IBF系列产品是基于单片机的智能监测和控制系统，所有的用户设定的校准值，地址，波特率，数据格式，校验和状态等配置信息都储存在非易失性存储器EEPROM里。

产品按工业标准设计、制造，信号输入 / 输出之间隔离，可承受3000VDC隔离电压，抗干扰能力强，可靠性高。工作温度范围- 45℃～ 85℃。

 

功能简介：

信号隔离采集模块，可以用来测量一路电压或电流信号，

1、  模拟信号输入

12位采集精度，产品出厂前所有信号输入范围已全部校准。在使用时，用户也可以很方便的自行编程校准。

具体电流或电压输入量程请看产品选型。

2、  通讯协议

通讯接口： 1路标准的RS-485通讯接口或1路标准的RS-232通讯接口，订货选型时注明。

通讯协议：支持两种协议，命令集定义的字符协议和MODBUS  RTU通讯协议。可通过编程设定使用那种通讯协议，能实现与多种品牌的PLC、RTU或计算机监控系统进行网络通讯。

数据格式：10位。1位起始位，8位数据位，1位停止位。

通讯地址（0～255）和波特率（2400、4800、9600、19200、38400bps）均可设定；通讯网络最长距离可达1200米，通过双绞屏蔽电缆连接。

通讯接口高抗干扰设计，±15KV ESD保护，通信响应时间小于100mS。       

3、  抗干扰

可根据需要设置校验和。模块内部有瞬态抑制二极管，可以有效抑制各种浪涌脉冲，保护模块，内部的数字滤波，也可以很好的抑制来自电网的工频干扰。

 

产品选型：

IBF - U(A)□ – □

输入电压或电流信号值                           通讯接口

U1：0-5V           A1：0-1mA                  485： 输出为RS-485接口  

   U2：0-10V          A2：0-10mA                 232： 输出为RS-232接口

U3：0-75mV         A3：0-20mA            

  U4：0-2.5V          A4：4-20mA                         

   U5：0-±5V          A5：0-±1mA                         

   U6：0-±10V         A6：0-±10mA                          

   U7：0-±100mV       A7：0-±20mA

   U8：用户自定义     A8：用户自定义

         

选型举例1： 型号：IBF A4-485   表示4-20mA信号输入，输出为RS-485接口

选型举例2： 型号：IBF U1-232   表示0-5V信号输入，输出为RS-232接口

 

通用参数：

(typical @  25℃，Vs为24VDC)

输入类型：  电流输入 / 电压输入

精    度：  0.1%

温度漂移：  ±30 ppm/℃ (±50 ppm/℃, 最大)

输入电阻：  50Ω (4-20mA/0-20mA/0-±20mA电流输入) 

            100Ω (0-10mA/0-±10mA电流输入)

            1KΩ (0-1mA/0-±1mA电流输入)

            大于1MΩ(电压输入)       

带    宽：  -3 dB 10 Hz

转换速率：  10 Sps

共模抑制(CMR)： 120 dB（1kΩ Source Imbalance @ 50/60 Hz）

常模抑制(NMR)： 60 dB （1kΩ Source Imbalance @ 50/60 Hz）

输入端保护： 过压保护，过流保护

通    讯：   协议  RS-485 或 RS-232   标准字符协议 和 MODBUS RTU通讯协议

             波特率（2400、4800、9600、19200、38400bps）可软件选择

地址（0～255）可软件选择

通讯响应时间：100 ms 最大

工作电源：     8 ~ 32VDC宽供电范围，内部有防反接和过压保护电路               

功率消耗：    小于1W

工作温度：    - 45 ~  80℃         

工作湿度：   10 ~ 90% (无凝露)

存储温度：   - 45 ~  80℃              

存储湿度：   10 ~ 95% (无凝露)                                    

隔离耐压：   输入 / 输出  之间：  3KVDC，1分钟，漏电流 1mA

             其中输出和电源共地。

耐冲击电压： 3KVAC， 1.2/50us(峰值)

外形尺寸：   106.7 mm  x  79 mm  x  25mm

 

引脚定义：                                                                                        

引脚	名 称	描   述	引脚	名 称	描   述
1	PW	电源正端	7	IN	模拟信号输入正端
2	GND	电源负端	8	IN-	模拟信号输入负端
3	INIT	初始状态设置	9	NC	空脚
4	D	RS-485信号正端	10	NC	空脚
5	D-	RS-485信号负端	11	NC	空脚
6	GND	电源负端，数字信号输出地	12	NC	空脚

图3  模块接线图

 

初始化模块：

所有的模块，如果使用 RS-485网络，必须分配一个独一无二的地址代码，地址代码取值为16进制数在00和FF之间。但是，所有全新的模块都使用一个工厂的初始设置，如下所示：

地址代码为01

波特率9600 bps

禁止校验和

由于新模块的地址代码都是一样的，他们的地址将会和其他模块矛盾，所以当你组建系统时，你必须重新配置每一个模块地址。可以在接好模块电源线和RS485通讯线后，通过配置命令来修改模块的地址。波特率，校验和状态，通讯协议也需要根据用户的要求而调整。而在修改波特率，校验和状态，通讯协议之前，必须让模块先进入缺省状态，否则无法修改。

让模块进入缺省状态的方法：

模块都有一个特殊的标为INIT的管脚。将INIT管脚短路接到地线(GND管脚)后，再接通电源，此时模块进入缺省状态。在这个状态时，模块的配置如下：

地址代码为00

波特率9600 bps

禁止校验和

这时，可以通过配置命令来修改模块的波特率，校验和状态等参数，通过设置模块的通讯协议命令来选择通讯协议。在不确定某个模块的具体配置时，也可以通过安装配置跳线，使模块进入缺省状态，再对模块进行重新配置。如果用户需要将模块设置为MODBUS RTU通讯协议，请看MODBUS通讯协议章节的有关说明。

 

字符协议命令集：

    命令由一系列字符组成，如首码、地址ID，变量、可选校验和字节和一个用以显示命令结束符(cr)。主机除了带通配符地址“**”的同步的命令之外，一次只指挥一个模块。

命令格式：(Leading Code)(Addr)(Command)[data][checksum](cr)

(Leading code) 首码是命令中的第一个字母。所有命令都需要一个命令首码，如%,$,#,@,...等。        1- 字符

(Addr)      模块的地址代码, 如果下面没有指定，取值范围从 00～FF (十六进制)。                2- 字符

(Command) 显示的是命令代码或变量值。                                                    变量长度

[data]      一些输出命令需要的数据。                                                      变量长度

[checksum] 括号中的Checksum（校验和）显示的是可选参数，只有在启用校验和时，才需要此选项。 2- 字符

(cr)        识别用的一个控制代码符，(cr)作为回车结束符，它的值为0x0D。                      1- 字符

 

当启用校验和(checksum)时，就需要[Checksum]。它占2-字符。命令和应答都必须附加校验和特性。校验和用来检查所有输入命令，来帮助你发现主机到模块命令错误和模块到主机响应的错误。校验和字符放置在命令或响应字符之后，回车符之前。

计算方法：两个字符，十六进制数，为之前所发所有字符的ASCII码数值之和，然后与十六进制数0xFF相与所得。

 

应用举例：禁止校验和(checksum)

       用户命令    $002(cr)

       模块应答    !00020600 (cr)

 启用校验和(checksum)

用户命令    $002B6 (cr)

       模块应答    !00020600 A9 (cr)

       ‘$’ = 0x24   ‘0’ = 0x30   ‘2’ = 0x32

  B6=(0x24 0x30 0x30 0x32) AND 0xFF

       ‘!’ = 0x21   ‘0’ = 0x30   ‘2’ = 0x32   ‘6’ = 0x36

  A9=(0x21 0x30 0x30 0x30 0x32 0x30 0x36 0x30 0x30) AND 0xFF

命令的应答 ：

应答信息取决于各种各样的命令。应答也由几个字符组成，包括首代码，变量和结束标识符。应答信号的首代码有两种， ‘!’或 ‘>’表示有效的命令而‘?’ 则代表无效。通过检查应答信息，可以监测命令是否有效

注意：1、在一些情况下，许多命令用相同的命令格式。要确保你用的地址在一个命令中是正确的，假如你用错误的地址，而这个地址代表着另一个模块，那么命令会在另一个模块生效，因此产生错误。

2、必须用大写字母输入命令。

     

1、读测量数据命令

说    明：以当前配置的数据格式，从模块中读回模拟输入端的测量数据。

命令格式：#AA(cr)

参数说明：#     分界符。十六进制为23H

          AA   模块地址，取值范围 00～FF(十六进制)。出厂地址为01，转换成十六进制为每个字符的ASCII码。如地址01换成十六进制为30H和31H。

          (cr)   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。

应答格式：>(data)(cr)     命令有效。

          ?AA(cr)       命令无效或非法操作。

参数说明：>     分界符。十六进制为3EH

          (data) 代表读回的数据。数据格式可以是工程单位，FSR的百分比，16进制补码。详细说明见命令集第2条。十六进制为每个字符的ASCII码。

          (cr)   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。

其他说明：假如格式错误或通讯错误或地址不存在，模块不响应。如果你使用的串口通讯软件输入不了回车键字符，请切换到十六进制格式进行通讯。

应用举例：  用户命令（字符格式）      #01(cr)

                    （十六进制格式）  2330310D

            模块应答（字符格式）      > 16.000 (cr)

（十六进制格式） 3E2B31362E3030300D

说    明：在地址01H模块上输入是（数据格式是工程单位）： 16.000mA

2、配置模块命令

说    明：对一个模块设置地址，输入范围，波特率，数据格式，校验和状态。配置信息储存在非易失性存储器EEPROM里。

命令格式：%AANNTTCCFF(cr)

参数说明：%    分界符。

AA   模块地址，取值范围 00～FF(十六进制)。

          NN   代表新的模块16进制地址，数值NN的范围从00到FF。

          TT   用16进制代表类型编码。 产品必须设置为00。

CC   用16进制代表波特率编码。 

波特率代码	波特率
04	2400   baud
05	4800   baud
06	9600   baud
07	19200   baud
08	38400   baud

 

 

 

 

 

 

                                     

             表2  波特率代码

 

 

         FF    用16进制的8位代表数据格式，校验和。注意从bits2 到bits5不用必须设置为零。

Bit7

Bit   6

Bit   5

Bit   4

Bit   3

Bit2

Bit   1

Bit   0

 

         

          表3   数据格式，校验和代码

                  Bit7：保留位，必须设置为零                                  

                  Bit6：校验和状态，为0：禁止； 为1：允许

                  Bit5-bit2：不用，必须设置为零。

                  Bit1-bit0：数据格式位。 00：工程单位(Engineering Units)

                                         01：满刻度的百分比(% of FSR)

                                         10：16进制的补码(Twos complement)

          (cr)   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。

应答格式：!AA(cr)  命令有效。

          ?AA(cr)  命令无效或非法操作，或在改变波特率或校验和前，没有安装配置跳线。

参数说明：!     分界符，表示命令有效。

          ?     分界符，表示命令无效。

          AA   代表输入模块地址

          (cr)   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。

其他说明：假如你第一次配置模块，AA=00、 NN等于新的地址。假如重新配置模块改变地址、输入范围、数据格式，AA等于当前已配置的地址，NN等于当前的或新的地址。假如要重新配置模块改变波特率或校验和状态，则必须安装配置跳线，使模块进入缺省状态，此时模块地址为00H，即 AA=00H，NN等于当前的或新的地址。

假如格式错误或通讯错误或地址不存在，模块不响应。                            

应用举例：  用户命令    %0011000600(cr)

            模块应答    !11(cr)

说    明：%    分界符。

          00    表示你想配置的模块原始地址为00H。

          11    表示新的模块16进制地址为11H。

          00    类型代码，产品必须设置为00。

          06    表示波特率9600 baud。

00    表示数据格式为工程单位，禁止校验和。

3、读配置状态命令

说    明： 对指定一个模块读配置。

命令格式：$AA2(cr)          

参数说明：$     分界符。  

          AA   模块地址，取值范围 00～FF(十六进制)。

          2     表示读配置状态命令   

          (cr)   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。

应答格式：!AATTCCFF(cr)    命令有效。

          ?AA(cr)            命令无效或非法操作。

参数说明：!     分界符。

          AA   代表输入模块地址。

          TT   代表类型编码。

          CC   代表波特率编码。见表2

          FF    见表3

          (cr)   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。

其他说明：假如格式错误或通讯错误或地址不存在，模块不响应。

应用举例：  用户命令    $302(cr)

            模块应答    !300F0600(cr)

说    明：!     分界符。

          30    表示模块地址为30H 。       

          00    表示输入类型代码。

          06    表示波特率9600 baud。

00    表示数据格式为工程单位，禁止校验和。

 4、偏移校准命令

说    明：校准一个输入模块的偏移。

命令格式：$AA1(cr)

参数说明：$     分界符。

          AA   模块地址，取值范围 00～FF(十六进制)。

1                  表示偏移校准命令。

          (cr)   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。

应答格式：! AA (cr)    命令有效。

          ?AA(cr)    命令无效或非法操作。

参数说明：!     分界符，表示命令有效。

          ?     分界符，表示命令无效。

          AA   代表输入模块地址

          (cr)   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。

其他说明：产品出厂时已经校准，用户无需校准即可直接使用。

当对一个模块校准时，先校准偏移命令后，再校准增益。         

在校准时，模块需在要输入端连上合适的输入信号。不同的输入范围需要不同的输入电压或电流。具体校准方法请看校准模块章节。

假如格式错误或通讯错误或地址不存在，模块不响应。

应用举例：  用户命令    $231(cr)

            模块应答    !23(cr)

说    明：对地址23H模块进行偏移校准。

5、增益校准命令

说明：校准一个输入模块的增益。

命令格式：$AA0(cr)

参数说明：$     分界符。

          AA   模块地址，取值范围 00～FF(十六进制)。

0                  表示增益校准命令。

          (cr)   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。

应答格式：!AA(cr)    命令有效。

          ?AA(cr)    命令无效或非法操作。

参数说明：!     分界符，表示命令有效。

          ?     分界符，表示命令无效。

          AA   代表输入模块地址

          (cr)   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。

其他说明：产品出厂时已经校准，用户无需校准即可直接使用。

当对一个模块校准时，先校准偏移后，再校准增益。

在校准时，模块需在输入端连上合适的输入信号。不同的输入范围需要不同的输入电压或电流。具体校准方法请看校准模块章节。

假如格式错误或通讯错误或地址不存在，模块不响应。

应用举例：  用户命令    $230(cr)

            模块应答    !23(cr)

说    明：对地址23H模块进行增益校准。

6、读模块名称命令

说明：对指定一个模块读模块名称。

命令格式：$AAM(cr)

参数说明：$     分界符。

          AA   模块地址，取值范围 00～FF(十六进制)。

          M    表示读模块名称命令  

          (cr)   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。

应答格式：!AA(ModuleName)(cr)     命令有效。

?AA(cr)   命令无效或非法操作

参数说明：!     分界符，表示命令有效。

          ?     分界符，表示命令无效。

          AA   代表输入模块地址。

          (ModuleName) 模块名称WJ21

          (cr)   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。

其他说明：假如格式错误或通讯错误或地址不存在，模块不响应。

应用举例：  用户命令    $08M(cr)

            模块应答    !08WJ21 (cr)

说    明：在地址08H模块为WJ21。

7、设置通讯协议命令

说明：设置模块的通讯协议为命令集定义的字符协议或者Modbus RTU协议。

命令格式：$AAPV(cr)

参数说明：$     分界符。

          AA   模块地址，取值范围 00～FF(十六进制)。

          P    表示设置通讯协议命令   

          V    协议代号，可为0或1

                0：命令集定义的字符协议

                1：Modbus RTU协议               

          (cr)   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。

应答格式：!AA(cr)   命令有效。

?AA(cr)   命令无效或非法操作

参数说明：!     分界符，表示命令有效。

          ?     分界符，表示命令无效。

          AA   代表输入模块地址。                

          (cr)   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。

其他说明：假如格式错误或通讯错误或地址不存在，模块不响应。

          设置通讯协议命令必须在缺省状态下才会有效。

应用举例1： 用户命令    $00P1(cr)

            模块应答    !00 (cr)

说    明： 设置通讯协议为Modbus RTU协议。

应用举例2： 用户命令    $00P0(cr)

            模块应答    !00 (cr)

说    明： 设置通讯协议为命令集定义的字符协议。

 

输入范围和数据格式：

模块使用了3种数据格式： 00：工程单位(Engineering Units)

                               01：满刻度的百分比(% of FSR)

                               10：16进制的补码(Twos complement)

 

输入范围	数据格式	正满量程	零	负满量程	显示的分辨率
A1：0-1mA A5：0-±1mA	工程单位	1.0000	±0.0000	-1.0000	0.1uA
	满刻度的百分比	100.00	±000.00	-100.00	0.01%
	16进制的补码	7FFFFF	000000	800000	1LSB
A2：0-10mA A6：0-±10mA	工程单位	10.000	±00.000	-10.000	1uA
	满刻度的百分比	100.00	±000.00	-100.00	0.01%
	16进制的补码	7FFFFF	000000	800000	1LSB
A3：0-20mA A4：4-20mA A7：0-±20mA	工程单位	20.000	±00.000	-20.000	1uA
	满刻度的百分比	100.00	±000.00	-100.00	0.01%
	16进制的补码	7FFFFF	000000	800000	1LSB
U1：0-5V U5：0-±5V	工程单位	5.0000	±0.0000	-5.0000	100uV
	满刻度的百分比	100.00	±000.00	-100.00	0.01%
	16进制的补码	7FFFFF	000000	800000	1LSB
U2：0-10V U6：0-±10V	工程单位	10.000	±00.000	-10.000	1mV
	满刻度的百分比	100.00	±000.00	-100.00	0.01%
	16进制的补码	7FFFFF	000000	800000	1LSB
U3：0-75mV	工程单位	75.000	±00.000	-75.000	1uV
	满刻度的百分比	100.00	±000.00	-100.00	0.01%
	16进制的补码	7FFFFF	000000	800000	1LSB
U4：0-2.5V	工程单位	2.5000	±0.0000	-2.5000	100uV
	满刻度的百分比	100.00	±000.00	-100.00	0.01%
	16进制的补码	7FFFFF	000000	800000	1LSB
U7：0-100mV	工程单位	100.00	±000.00	-100.00	10uV
	满刻度的百分比	100.00	±000.00	-100.00	0.01%
	16进制的补码	7FFFFF	000000	800000	1LSB
A8：用户自定义 U8：用户自定义	工程单位	100.00	±000.00	-100.00	0.01%
	满刻度的百分比	100.00	±000.00	-100.00	0.01%
	16进制的补码	7FFFFF	000000	800000	1LSB

表4   输入范围和数据格式

 

 

应用举例：

1、输入范围为A4: 4~20mA，输入为4 mA时：

用户命令    #01(cr)

工程单位           模块应答    > 04.000(cr)

满刻度的百分比     模块应答    > 020.00(cr)

16进制的补码       模块应答    >199999(cr)

 

2、输入范围为U1: 0~5V，输入为3V时：

用户命令    #01(cr)

工程单位           模块应答    > 3.0000(cr)

满刻度的百分比     模块应答    > 060.00(cr)

16进制的补码       模块应答    >4CCCCC(cr)

 

校准模块：

产品出厂时已经校准，用户无需校准即可直接使用。

使用过程中，你也可以运用产品的校准功能来重新校准模块。在校准时，模块需要输入合适的信号，不同的输入范围需要不同的输入信号。

 

为了提高校准精度，建议使用以下设备来校准：

1、一个输出稳定，噪声很低的直流电压/电流信号源

2、一个5位半或更高精度的电压/电流测量仪表监测输入信号的准确性

校准过程

              1. 按照模块的输入范围接上对应的输入信号。

                 其中模块零点在输入0时校准，满度在输入满度的120%时校准。例如4-20mA输入时，校准零点时         输入0mA，校准满度时输入24mA.。0-5V输入时，校准零点时输入0V，校准满度时输入6V。

              2. 给模块输入零点信号，通常为0mA或0V。

              3. 待信号稳定后，向模块发送 偏移校准 $AA1命令。

              4. 给模块输入满度的120%的电流或电压信号。

              5. 待信号稳定后，向模块发送增益校准 $AA0命令。

6. 校准完成

 

Modbus RTU 通讯协议：

模块出厂默认协议为字符通讯协议，如果需要将模块设置为Modbus RTU通讯协议，请按以下步骤设置：

1、  将INIT引脚（第3脚）和GND引脚（第6脚）短接。

2、  正确连接电源线和通讯接口线。

3、  接通电源，模块自动进入缺省状态，通讯地址为00，波特率为9600。

4、  等待1分钟，模块初始化。

5、  发送命令$00P1(cr)，检查应答，如果为!00 (cr)则设置成功。

6、  关闭电源，断开INIT引脚和GND引脚之间的连接。

7、  模块已经成功设置为Modbus RTU通讯协议方式。

 

寄存器说明：

地址4X（PLC）	地址（PC，DCS）	数据内容	属性	数据说明
40001	0001	输入的模拟量	只读	测量到的数据
40211	0211	模块名称	只读	高位：0x00    低位：0x21

表5   Modbus Rtu寄存器说明        

外形尺寸：(单位：mm)

可以安装在标准DIN35导轨上

 

 

保修：

本产品自售出之日起两年内，凡用户遵守贮存、运输及使用要求，而产品质量低于技术指标的，可以返厂免费维修。因违反操作规定和要求而造成损坏的，需交纳器件费用和维修费。

 

版权：

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商标：

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                                                                        版本号：V1.1

                                                                        日期：2011年10月