Geekly articles weekly

Menghubungkan sensor KELLER ke MATLAB

Pendahuluan


KELLER memproduksi sensor presisi tinggi dengan output digital, yang terhubung ke perangkat lunak berpemilik untuk tampilan dan akumulasi bacaan. Seringkali, pengguna perlu mengintegrasikan sensor ke dalam sistem pemantauan dan kontrol mereka sendiri. Dalam karya ini, dengan menggunakan sensor tekanan presisi tinggi PR-33X sebagai contoh, kami menunjukkan koneksi sensor KELLER ke lingkungan terintegrasi MATLAB, yang awalnya dikembangkan untuk analisis dan sintesis sistem kontrol, yang memiliki alat yang kuat untuk memproses dan menampilkan data sinyal.

Spesifikasi singkat pemancar tekanan KELLER PR 33X


Rentang tekanan standar (VPI), batang 30
Akurasi pengukuran tekanan, total (10 ... 40 ° C) 0,025% dari VPI
Keluaran RS 485
Baud rate 9600 atau 115200 baud
Tegangan suplai (U) 8 ... 28 V
Umur layanan 10 juta siklus 0 ... 100% VPI

Pemancar tekanan juga termasuk sensor suhu terintegrasi.

Antarmuka


Semua produk KELLER dengan indeks X memiliki antarmuka digital (RS485 half duplex) yang mendukung protokol MODBUS RTU dan Keller Bus.

Koneksi ke PC dilakukan menggunakan konverter RS485-USB. Untuk kompatibilitas terbaik, perusahaan merekomendasikan untuk menggunakan konverter Keller K-114.

Perangkat lunak


Untuk mengkonfigurasi dan merekam pembacaan sensor, perangkat lunak CCS30 gratis digunakan, antarmuka yang ditunjukkan pada Gambar 1.

gambar
Gambar 1. Akumulasi dan tampilan data grafik dan tabel oleh program CCS30 [3].

Koneksi PC


Sensor tekanan PR-33X terhubung ke PC menggunakan USB ke RS-232/422/485 MOXA USB Serial Port converter seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.

gambar
Gambar 2. Diagram koneksi pemancar tekanan PR-33X ke PC dan catu daya 12 V. Ketika diberi daya di bawah 5,69 V (hingga 4,95 V), pembacaan sensor meningkat. Ketika diberdayakan di bawah 4.95V, data tidak ditransmisikan (sensor tidak berfungsi).

Setelah menginstal driver dan memasang konverter MOXA ke PC, port COM muncul di daftar manajer perangkat gambar dan adaptor gambar . Pada tab (Gambar 3) perangkat terakhir untuk versi kami, antarmuka RS-485 dengan skema koneksi dua kabel dipilih.

gambar
Gambar 3. Mengkonfigurasi konverter MOXA ke antarmuka RS-485 2W.

Format Transmisi


Pertukaran data antara komputer (perangkat kontrol) dan sensor (perangkat slave) dilakukan sesuai dengan pesan protokol Modbus yang berisi bidang-bidang berikut [2].

gambar

Pertama, komputer mengirim pesan permintaan ke sensor, kemudian sensor dalam respons mengirim pesannya sendiri dengan checksum sendiri ketika tindakan yang diminta berhasil, atau mengirim fungsi dengan kode 1 jika terjadi kesalahan (fungsi yang tidak valid atau alamat data, dll.).

Respons (respons) sensor dikeluarkan hanya setelah menerima permintaan dari perangkat kontrol.

Pesan yang dikirim ke sensor berisi salah satu kode fungsi berikut.

gambar

gambar
Gambar 4. Format pesan yang dikirim dan diterima sesuai dengan standar Modbus RTU [1].

Alamat register sensor yang digunakan PR-33X


gambar

Contoh pesan Modbus (pembacaan sensor tekanan dan suhu terintegrasi) [2]


gambar

Konversi pembacaan sensor ke format IEEE754 floating point


Prosedur yang disarankan untuk mengubah empat byte yang diterima dari pembacaan sensor menjadi angka titik-mengambang ditunjukkan pada Gambar 5. Contoh ini menggunakan data [2] yang ditunjukkan pada tabel di atas.

gambar
Gambar 5. Aturan untuk mengkonversi pembacaan sensor empat byte menjadi angka floating-point.

Program MATLAB untuk membaca dan menampilkan sensor tekanan dan suhu PR-33X


Program pembacaan dan tampilan sensor PR-33X mencakup modul utama dan tiga subrutin. Konverter beroperasi pada 115200 baud. Data tekanan dan suhu dibacakan berdasarkan permintaan.

Data input program adalah alamat port COM perangkat Anda (Com_Port = variabel) dan alamat konverter Anda. Jika hanya satu konverter yang terhubung, maka, sebagai aturan, Device_Addr = 1.

Jumlah pembacaan diatur oleh konstanta Loop (dalam contoh, Loop = 1000;).

Modul utama:

clear all; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % Input data %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Com_Port = 'COM9'; Device_Addr = 1; % Address of Sensor, 8 bit: 1..255 Function = 3; % 3 or 4 is read; Pr_Rg_Addr = 2; % First address of two pressure data registers (4 bytes) Temp_Rg_Addr = 8; % First address of two temperature data registers Address_Range = 2; % Range of data address %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % End of Input data %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % Make COM port connection s=serial(Com_Port,'Baudrate',115200); % 9600 115200 fopen (s); pause(0.1); Loop = 1000; pr(1:Loop) = 0; temp(1:Loop) = 0; for i = 1:Loop %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % Read pressure %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% RTU_request = RTU_code(Device_Addr,Function,Pr_Rg_Addr,Address_Range); fwrite(s, RTU_request); %pause(0.01); % >=0.001s for PR-33X, for 115200 Baudrate while ~(get(s,'BytesAvailable')>8) end BytesAvailable = get(s,'BytesAvailable'); Rx = fread(s,BytesAvailable)'; pr(i) = sensorOUT_to_float(Rx); % in bar %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % Read temperature %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% RTU_request = RTU_code(Device_Addr,Function,Temp_Rg_Addr,Address_Range); fwrite(s, RTU_request); while ~(get(s,'BytesAvailable')>8) end BytesAvailable = get(s,'BytesAvailable'); % if BytesAvailable > 0 Rx = fread(s,BytesAvailable)'; temp(i) = sensorOUT_to_float(Rx); % in bar end % Close COM port fclose (s); delete (s); figure (3) clf('reset'); % Clear current figure window [AX,H1,H2] = plotyy (1:length(pr),pr,1:length(temp),temp); hold(AX(1)); hold(AX(2)); set(H1,'LineWidth',2); grid(AX(2),'on'); xlabel('Sampling, num'); % Y1_max = max(get(AX(1),'ytick')); % set(AX(1),'ytick',[0:Y1_max/10:Y1_max]); % set(AX(2),'ytick',[0:0.2:2]); set(get(AX(1),'Ylabel'),'String',', '); set(get(AX(2),'Ylabel'),'String',', . '); title(sprintf('   ')); % End of m file

Modbus RTU meminta pembuatan rutin


 function RTU_request = RTU_code(Device_Addr,Function,Data_First_Address,Address_Range) % Device_Addr == Device Address 8 bit: 1..255 % Function == % 3 or 4 is read; 6 is write in one register; 16 - write in two registers, % Data_First_Address == Address of first register data (2 bytes) % Addrress_Range == Range of Addreses; % Data_First_Address_Bytes = [floor(Data_First_Address/256) rem(Data_First_Address,256)]; Address_Range_Bytes = [floor(Address_Range/256) rem(Address_Range,256)]; % Master's Tx data without Check sum Code = [Device_Addr Function Data_First_Address_Bytes Address_Range_Bytes]; Code_Char = dec2hex(Code); if size(Code_Char,2)==1 Code_Char(:,2)=Code_Char(:,1); Code_Char(:,1)='0'; end Code_Char_line = []; for I = 1:length(Code) Code_Char_line = [Code_Char_line Code_Char(I,1:2)]; end % Check sum calculation Check_Sum = crc_calculator(Code_Char_line); % Master's Tx data with Check sum RTU_request = [Code hex2dec(Check_Sum(1:2)) hex2dec(Check_Sum(3:4))]; % End of m file

Modbus RTU urutan perhitungan rutin checksum


 function output_hex_string = crc_calculator (Input_hex); %Input_hex = 'F70302640008'; % <= 2 * 16 Char F = [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]; xor_constant = [1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1]; for i = 1 : length (Input_hex) / 2; A = [0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]; if ~(i > length (Input_hex)/2) A_hex = Input_hex ((i-1)*2+1:i*2); % Two HEX bytes A_bin = dec2bin (hex2dec (A_hex)); length_A_bin = length (A_bin); for j = 0 : length_A_bin - 1 A (16 - j) = str2num(A_bin (length_A_bin - j)); end end F = xor (F,A); for ii = 1 : 8 if F(16) ==1 if xor_constant (1) == 0 F_shift (1) = 0; else F_shift (1) = 1; end for j = 2 : 16; if xor_constant (j) == F (j-1); F_shift (j) = 0; else F_shift (j) = 1; end end else F_shift = circshift(F',1)'; end F = F_shift; end end h = num2str(F); h = h(1:3:length(h)); output_hex_string = num2str([dec2hex(bin2dec(h(9:12))) dec2hex(bin2dec(h(13:16))) dec2hex(bin2dec(h(1:4))) dec2hex(bin2dec(h(5:8)))]); % End of m file

Subrutin untuk mengkonversi empat byte pembacaan sensor ke angka floating point


 % Transmission Sensor's output bytes to float value function val = sensorOUT_to_float(Rx) B(1) = Rx(4); B(2) = Rx(5); B(3) = Rx(6); B(4) = Rx(7); %1 bit of sign + 8 bits of exponent + 23 bits of mantis ( = 32 bits or 4x8 bytes) v_res = []; for i = 1:4 v_bit = dec2bin(B(i)); if length(v_bit)<8 % add zeros to get 8 bits for j = 1:(8-length(v_bit)) v_bit = ['0' v_bit]; end end v_res = [v_res v_bit]; end % Checking % v_res = ['0' '10000010' '01010010000001011011110'] == 10.5631999969482421875  s_mnt = bin2dec(v_res(1)); %sign of mantis E = bin2dec(v_res(2:9)); %exponent M = bin2dec(v_res(10:32)); % mantis if s_mnt==0 val = (1+M/8388608)*2^(E-127); % 8388608 = 2^23 else val = -(1+M/8388608)*2^(E-127); end % End of m file

Contoh grafik tekanan dan suhu PR-33X yang dibaca oleh program di atas ditunjukkan pada Gambar 6.

gambar
Gambar 6. Output konverter PR-33X yang diterima oleh program yang dikembangkan di MATLAB. Program ini membaca 1000 pembacaan tekanan pada 115200 baud dalam 9 detik. Program ini membaca 1000 pembacaan tekanan dan 1000 pembacaan suhu (secara terpisah) pada 115200 baud dalam 17 detik.

Program MATLAB mengalihkan kecepatan transfer data konverter


Untuk beralih ke frekuensi baru, program perlu mengatur alamat port COM perangkat Anda (Com_Port = variabel) dan frekuensi konverter yang diperlukan (BR_Rate = 9600; atau BR_Rate = 115200;)

PERHATIAN Untuk beralih ke frekuensi transfer data baru setelah mengatur bit nol dari register konverter UART, perlu MATIKAN (non-energi) dan, kemudian, MATIKAN konverter lagi.

 %      (9600  115200 )    UART   -  clear all; % Input data Com_Port = 'COM9'; BR_Rate = 115200; % 9600 or 115200 % End of Input data % Device_Addr = 1; % Address of Sensor, 8 bit: 1..255 % Function = 6; % Write; % UART_Rg_Addr = 512; % First address of UART Rg (2 bytes) % Data = 0 0; % Rate 9600 bod % Data = 0 1; % Rate 115200 bod % RTU_request = [Device_Addr Function UART_Rg_Addr Data Check_sum] % RTU_request = [ 1 6 2 0 0 0 136 114]; % 9600 bod request in hex % RTU_request = [ 1 6 2 0 0 1 73 178]; % 115200 bod request in hex if BR_Rate == 9600 % 115200 s=serial(Com_Port,'Baudrate',115200); fopen (s); pause(0.1); RTU_request =[ 1 6 2 0 0 0 136 114]; else s=serial(Com_Port,'Baudrate',9600); fopen (s); pause(0.1); RTU_request = [ 1 6 2 0 0 1 73 178]; end fwrite(s, RTU_request); pause(0.004); % >=0.001s for PR-33X, for 115200 Baudrate BytesAvailable = get(s,'BytesAvailable'); if BytesAvailable > 0 Rx = fread(s,BytesAvailable)' end % close COM port fclose (s); delete (s); % End of m file

Daftar bibliografi


  1. Dr. Bob Davidov. Komunikasi dengan perangkat jaringan industri. portalnp.ru/wp-content/uploads/2013/08/12.02_Discrete-IO-unit_-MK110-_RS-485-ModBus-RTU-_-ASCII-DCON-OVEN__Ed3.pdf
  2. Deskripsi protokol komunikasi. Untuk pemancar tekanan seri KELLER 30 dan 40. Class.Group = 5.20 Class.Group = 5.21. Versi 3.2 (dalam bahasa Rusia). www.izmerkon.ru .
  3. Control Center Series 30. Panduan Pengguna. Für CCS30 Versi 1.1. www.izmerkon.ru
  4. Dr. Bob Davidov. Teknologi kontrol komputer dalam sistem teknis portalnp.ru/author/bobdavidov

Source: https://habr.com/ru/post/id440966/

More articles:


All Articles