IPAM4404用户手册UMV1103.docx
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IPAM4404用户手册UMV1103
目录
1.IPAM-4404功能简介1
1.1主要技术指标2
1.1.1模拟量输出2
1.1.2数字量输入2
1.1.3系统参数2
1.2原理框图3
1.3端子信息4
1.3.1端子排列4
1.3.2端子描述4
1.4电气参数5
1.5通信参数设置5
1.6信号指示灯6
1.6.1固件升级状态6
1.6.2正常运行状态6
1.7电源和通讯线的连接7
1.8机械规格7
1.8.1机械尺寸7
1.8.2安装方式8
2.IPAM-4404的模拟量输出功能10
2.1模拟量输出10
2.2输出原理10
2.3输出接线10
2.4输出值计算11
2.5模拟量输出功能控制11
2.5.1安全输出11
2.5.2紧急输出12
2.5.3同步输出12
2.5.4匹配同步输出12
2.5.5可编程顺序输出12
2.5.6控制说明12
3.IPAM-4404的数字量输入功能13
3.1普通DI输入方式13
3.2AO输出匹配输入方式13
3.3输入接线方式13
4.IPAM-4404应用示例15
4.1安装设备15
4.2操作设备15
4.2.1RS-485主机通信参数设置15
4.2.2模块信息配置17
4.2.3功能操作19
5.IPAM-4404资源地址及通信协议20
5.1IPAM系列模块资源地址20
5.1.1IPAM-4404的I/O端口资源20
5.1.2配置资源21
5.2通信协议21
5.2.1MODBUS协议21
5.2.2自定义ASCII协议命令简析23
6.免责声明26
1.IPAM-4404功能简介
IPAM-4404是模拟量输出模块，可以同时输出4路的模拟量信号，内部采用12位分辩率DAC。
模拟量输出信号可以软件配置为电压信号输出或电流信号输出，电压信号输出范围为0~10V，电流信号可以选择为0~20mA或4~20mA输出。
模块还具有4路数字量输入通道，可以采集电平信号或开关触点信号，为模拟量输出提供匹配输出功能。
IPAM-4404模块的外观如图1.1所示。
图1.1IPAM-4404外观示意图
主要技术指标
1.1.1模拟量输出
♦输出路数：
4路；
♦输出类型：
电压输出：
0～10V；电流输出：
0～20mA或4～20mA；
♦DAC分辨率：
12位；
♦输出精度：
V：
±0.2%；I：
±0.4%；；
♦输出斜率：
可配置，电压输出：
0.0625V/s～1000V/s；电流输出：
0.125mA/s～2000mA/s；
♦具有安全启动输出和紧急输出功能，各个通道独立配置；
♦4通道具有同步输出和顺序输出功能；
1.1.2数字量输入
♦输入路数：
4路；
♦输入类型：
开关触点信号或电平信号；
♦输入范围：
高电平（数字1）：
+3.5V~+30V；
低电平（数字0）：
≤+1V；
♦每个DI通道可配置为AO紧急输出匹配输入功能
1.1.3系统参数
♦CPU：
32位RISCARM；
♦操作系统：
实时操作系统；
♦隔离耐压：
2500VDC；
♦供电电压：
+10~+30VDC，电源反接保护；
♦工作温度范围：
-40℃～+85℃；
♦塑料外壳，标准DIN导轨安装；
♦通讯接口：
隔离2500VDC，ESD、过压、过流保护；
1.2
原理框图
IPAM-4404模块的原理框图如图1.2所示。
模块主要由电源、隔离电路、D/A转换电路、数字量输入电路、RS-485隔离通讯接口以及MCU等组成。
模块的微控制器采用32位RISC的ARM芯片，具有非常快速的数据处理能力，并采用了看门狗电路，可以在出现意外时将系统重新启动，使得系统更加稳定可靠，可以应用在高性能和高速度的应用环境中。
IPAM-4404针对工业应用设计，在内部输入输出单元与控制单元之间采用光电隔离，极大降低了工业现场干扰对模块正常运行的影响，使模块具有良好的可靠性。
采用带隔离的RS-485通信接口，可以避免工业现场信号对微控制器通讯接口的影响，并具有ESD、过压、过流保护。
图1.2IPAM-4404原理框图
1.3
端子信息
1.3.1端子排列
IPAM-4404共有26个端子，壳体上端子排列如图1.3所示
图1.3IPAM-4404端子排列
1.3.2端子描述
IPAM-4404的端子定义说明如下：
●GND，+VIN为模块的电源输入端，GND接电源负端，+VIN接电源正端。
●EARTH为模块的接大地端子，将此端子与大地连接可以提高ESD保护性能。
●CFG为模块的默认通信参数硬件使能端子，当此端子接地，模块将以默认的通信参数进行初始化，并且通信参数可配置。
●485GND，485A，485B为隔离的RS-485接口端子，485GND为接口的隔离地，485A接RS-485收发器的A端，485B接RS-485收发器的B端；
●DGND为数字量输入端口地，与模拟量输出端口地之间用磁珠隔开，避免数模干扰。
DGND、模块的电源地GND和485GND之间都是电气隔离的，隔离电压可达2500VDC。
●DI0~DI3为模块的4路数字量输入通道端子。
●VOUT0~VOUT3为AO0~AO3通道的电压方式输出口；AGND为模拟量输出端口地；IOUT0~IOUT3为AO0~AO3通道的电流方式输出口，采用灌电流方式。
●+VEXT为内部的12V输出端子，可以采用内部供电方式进行电流输出。
1.4
电气参数
除非特别说明，表1.1电气参数所列参数是指Tamb=25℃时的值。
表1.1电气参数
参数
Parameter
最小值
Min.
典型值
Typ.
最大值
Max.
单位
Unit
模拟量输出
AnalogOutput
DAC分辩率
12
Bits
精度
Accuracy
电压输出
VoltageOutput
±0.1
±0.2
%FSR
电流输出
CurrentOutput
±0.2
±0.4
%FSR
输出斜率
OutputSlopeRate
-0.0625
1000
V/s
0.125
2000
mA/s
零点温漂
ZeroDrift
电压输出
VoltageOutput
±30
±45
uV/℃
电流输出
CurrentOutput
±0.2
±0.4
uV/℃
满量程温度系数
Spantemperaturecoefficient
±25
±45
ppm/℃
电压输出负载
VoltageOutputLoad
30
mA
电流输出负载电压
CurrentOutputLoadVoltage
内部12V供电
8
V
外部供电
30
V
数字量输入
DigitalInput
逻辑低电平
Logiclevel0
1
V
逻辑高电平
Logiclevel1
3.5
30
V
隔离电压
IsolationVoltage
2500
Vdc
供电电压
PowerSupply
10
30
V
功耗
PowerConsumption
2
4
W
1.5通信参数设置
IPAM系列模块的通信参数如：
设备地址、通讯协议、波特率、数据位长度和奇偶校验方式等都是保存在模块的E2PROM中，用户可以利用配置软件通过RS-485接口进行远程配置。
用户首先需要知道该模块的参数配置。
由于模块没有诸如拨码开关之类的硬件设置来指示此时的参数配置，可能会存在用户忘了某个IPAM模块的通信参数的情况。
为了解决此问题，每个IPAM模块都有一个硬件使能输入端子CFG。
将此端子连接到GND后，给模块重新上电或复位，模块的通信参数处于确定的状态：
♦地址：
1
♦波特率：
9600bps
♦通信协议传输模式：
MB-RTU
♦数据格式：
无奇偶校验，8个数据位，1个停止位
将CFG端子与GND短接，模块用以上确定的通信参数进行初始化，并不会改变E2PROM中保存的配置参数。
但只有在这个条件下，通信配置参数才可以进行修改。
通信参数修改后，必须把CFG端与GND断开连接后，给模块重上电或通过软件复位模块，配置的通信参数才生效。
1.6信号指示灯
IPAM系列模块具有两个指示灯，PWR为电源指示灯（红色）和工作状态指示灯MNS。
PWR在模块内部，需要打开外壳才能看到，此灯亮，表示RSM模块供电正常。
MNS为红绿双色指示灯，可以从外壳面板上看到，用于指示模块的工作状态。
由于模块具有远程固件升级的功能，模块的正常运行后将选择进入固件升级状态或正常功能状态，两种工作状态是互相独立的，他们的指示灯状态不同。
1.6.1固件升级状态
模块上电后先运行固件升级的程序代码，有固件升级要求条件时，将处于固件升级状态，重新上电复位后，不满足升级条件才退出此状态。
在固件升级状态中，MNS指示灯状态如表1.2固件升级状态下MNS指示灯状态表1.2所示。
表1.2固件升级状态下MNS指示灯状态
MNS指示灯状态
模块的工作及通信状态
不亮
模块没有上电或没有运行
红灯常亮
模块初始化出错
红、绿灯交替闪烁，频率1Hz
模块正常运行，未与主机进行过通信
红、绿灯交替闪烁，频率10Hz
已正常通信，建立连接
1.6.2正常运行状态
模块上电后运行固件升级的程序代码，判断没有进入固件升级状态条件后，将进入正常功能状态，其MNS指示灯状态如表1.3所示。
表1.3正常功能状态MNS指示灯状态
MNS指示灯状态
模块的工作及通信状态
红灯常亮
模块初始化出错
绿灯常亮
模块正常运行，未与主机进行过通信
绿灯闪烁，频率3Hz
模块与主机已正常通信，建立连接
1.7电源和通讯线的连接
图1.4电源和通讯线的连接
模块的电源和RS-485通讯线的连接如图1.4所示，在接线时，要注意：
模块的+VIN引脚连接输入电源的正极性端，GND引脚连接输入电源的负极性端，连接时避免电源连接的极性错误。
多个模块连接到同一个电源时，所有的+VIN引脚连接到电源正端，GND引脚连接到电源负端。
RS-485通讯线在连接时，网络上所有的模块485A端必须连接到同一根485A信号线，所有的模块485B端必须连接到同一根485B信号线，否则会引起网络的通讯异常。
模块的RS-485接口为带隔离的总线接口，需要共地时，将模块的485GND连接到RS-485主机的隔离地上。
RS-485网络为总线式拓扑结构，建议网路布线时尽可能减小支线长度。
在RS-485网络的主干线的末端需要接终端电阻。
注意：
RS-485通讯线可以使用双绞线、屏蔽双绞线。
若通讯距离超过1KM，应保证线的截面积大于Φ1.0mm2，具体规格应根据距离而定，常规是随距离的加长而适当加大。
RS-485网络要求在干线的两个末端安装终端电阻，电阻的要求为：
♦120欧姆；
♦1%金属膜；
♦1/2瓦。
注意：
终端电阻只应安装在干线两端，不可安装在支线末端。
1.8机械规格
1.8.1机械尺寸
RSM系列数据采集模块采用塑料外壳，其外形尺寸如图1.5所示。
图1.5机械尺寸示意图
1.8.2安装方式
RSM系列数据模块外壳配有导轨底板，如图1.6所示，可以直接安装在标准的DIN导轨（35mm宽D型导轨）上，用户也可以采用其它的简便的安装方式。
图1.6导轨底板示意图
安装时，先将RSM模块与导轨底板锁紧后，将导轨底板钩住导轨的上边沿，然后将底板上的红色卡座往下拉，将模块底板贴紧导轨后，松开红色卡座，即把模块装在导轨上，图1.7为安装过程示意图。
图1.7安装示意图
2.IPAM-4404的模拟量输出功能
2.1模拟量输出
IPAM-4404模块具有4路的模拟量输出，各个通道可以独立选择为电压输出或电流输出方式，电压信号的输出范围为0~10V，电流信号范围可以选择为0～20mA或4～20mA。
2.2输出原理
IPAM-4404模块是通过数字模拟转换器实现模拟量的输出控制。
数字模拟转换器（DAC）：
用于将数字数据转换为模拟的电压或者电流信号，一般称作Digital/AnalogConverter，数字模拟转换器。
对于DAC转换精度的描述通常用位数（bit）表示。
DAC的转换精度与系统输出的精度是密切相关的。
在模拟信号输出系统中，为保证模拟量输出信号的正确性以及系统的精度，对于DAC输出的模拟量信号需要进行调理。
完成这部分调理功能的电路一般称为“后端电路”。
后端电路通常完成对于信号的平滑滤波、信号幅值范围的调整（如信号增益的调整）、信号类型的转换（I/V、V/I转换）等。
IPAM-4404后端电路的基本结构如图2.1所示。
图2.1模拟量输出后端调理电路
其后端电路基本由DAC、增益调整电路、平滑滤波器以及信号转换电路组成。
增益调整电路根据需要将DAC输出信号的幅值调整至较合适的电压，平滑滤波器实现DAC输出信号的滤波，而V/I转换电路则将电压信号转换为电流信号。
2.3输出接线
IPAM-4404具有4路模拟量输出通道，可以选择为电压输出方式或电流输出方式。
其电压输出接线方式如图2.2所示。
图2.2模拟量输出电压方式接线示意图
采用电压输出方式时，每个通道的最大负载电流为20mA，当输出过流（例如输出短路）时，所有的AO通道输出将不正常，且可能导致模块损坏。
模拟量输出选择电流方式输出时，可以采用内部供电方式或外部供电方式，接线方式如图2.3所示。
图2.3模拟量输出电流方式接线示意图
采用外部供电时，最高的负载电压不能超过+24V。
每一个AO通道同一时刻只能使用一种输出方式，当选择电压输出方式时，应保证同一通道的电流输出端子上没有接任何负载；当选择电流输出方式时，也应保证同一通道的电压输出端子上没有接任何负载；否则，将可能导致输出不正常，甚至损坏模块。
注意：
模块的模拟量输出通道不论是配置为电压输出方式还是电流输出方式，单通道最大输出负载电流为20mA必须是在环境温度为-40～70℃范围内，当工作环境温度为71～85℃范围内，总的负载电流只能为额定电流的60%，即小于24mA。
对于电流输出方式，建议采用外部供电方式。
2.4输出值计算
IPAM-4404模块采用12位分辩率DAC控制模拟量输出，输出零值为0x000，满量程值为0xFFF。
根据选择的输出类型和范围，将要输出的模拟量值转换为16进制数值后，写入AO端口寄存器，模块将输出对应的模拟量信号。
例如，要输出X（V）的电压，计算
，再将计算结果转换为16进制就可以了。
要输出X（mA）的电压，计算
，再将计算结果转换为16进制就可以了。
配置软件对通道输出类型的配置命令是通过写配置代码来实现的，配置代码和输出范围的对应关系如错误！
未找到引用源。
所示。
表2.1AO通道输出范围设置
量程代码
输出范围
00
0～20mA
01
4～20mA
02
0～10v
在4～20mA输出范围下，命令输出小于4mA的数值，都将以4mA输出。
2.5模拟量输出功能控制
IPAM-4404的模拟量输出具有安全输出、紧急输出、同步输出、匹配同步输出和可编程顺序输出的功能，可以通过提供的配置资源，对模块进行配置，模拟量输出通道将在条件满足的情况下，按照设置的输出方式进行输出。
通过配置软件配置的配置信息都将保存在模块的E2PROM中，配置信息掉电后不丢失。
2.5.1安全输出
模块在刚上电或主机通信看门狗时间超时以及AO通道关闭时，AO通道将以设定的一组数据输出，以保证受控设备的安全，这组数据就称为安全启动值。
通道关闭时，该通道将保持安全启动值，不受主机的控制。
将主机看门狗超时时间设置为0时，即禁止主机看门狗功能，模块只在上电后或通道关闭时，输出安全值。
2.5.2紧急输出
模块具有4路的数字量输入通道，可以配合AO通道进行紧急输出控制。
当DI通道选择为匹配输入模式，且当前的DI输入电平与设定的匹配电压一致，对应的AO通道将以设定的紧急输出值输出，以对设备进行紧急操作。
AO通道的紧急输出功能是通过设置对应的DI通道的输入模式来使能的。
2.5.3同步输出
模块的4路AO通道可以独立配置同步输出值进行同步输出，当接收到主机的同步输出命令，AO通道将以设定的同步输出值同步输出。
2.5.4匹配同步输出
匹配同步输出是指模块的DI输入电平与设定的匹配电平一致时，AO通道将以设定的
同步输出值同步输出。
使用此功能，需要配置DI同步触发使能寄存器和DI匹配电平寄存器以及AO同步输出值。
此功能与D匹配紧急输出功能的区别在于，匹配紧急输出只比较单通道的DI电平，一致则对应AO通道输出紧急值，各个AO紧急值的输出不具备同步性。
而同步触发功能是匹配所有的DI通道，一致则同步输出设定的同步输出值。
另外，AO通道的匹配紧急输出受配置寄存器的影响，当模块与主机通信超过设定的看门狗时间或将通道关闭后，AO通道的输出值将以安全值输出。
如果要在模块与主机未连接时，实现模块自动监控匹配紧急输出，必须禁止安全输出功能以及将AO通道打开。
而匹配同步输出功能是由模块自动完成的，不管模块是否处于安全输出模式，用户只需要通过上位机软件对相应寄存器进行正确配置后，模块即可自动进行监控。
同步输出功能及同步匹配输出功能执行中，AO通道的模拟量输出斜率都为立即输出，以寻求通道的同步。
2.5.5可编程顺序输出
可编程顺序输出功能可以对4路AO通道进行排序输出，对AO通道的输出波形进行简单编程。
通过配置顺序输出相关寄存器，使能顺序输出后，模块将自动执行AO通道的顺序输出，顺序输出过程中，模块不执行主机的AO控制输出。
AO通道的匹配同步输出功能和可编程顺序输出功能，主要应用在模块脱离主机控制后，自动实现监控输出。
因为使能执行这两个功能时，模块的AO通道不受主机的控制。
2.5.6控制说明
模块中上电运行后，不管是否已经与主机通讯过，只要AO通道关闭，该通道将以设置的安全输出值输出。
如果AO通道输出使能，不管是否与主机通讯过，只要设置了紧急输出功能且DI输入电平与设置的匹配电平匹配，AO通道将以设置的紧急输出值输出。
如果AO通道输出使能且使能主机通讯看门狗功能，当超过设置的看门狗时间未与主机通讯，AO通道将输出安全输出值，否则保持上位机控制输出。
出厂默认禁止主机通讯看门狗功能和AO紧急输出功能，且默认AO通道输出使能。
3.IPAM-4404的数字量输入功能
IPAM-4404还具有4路数字量输入通道，可以设置为普通DI输入方式或AO输出匹配输入方式。
3.1普通DI输入方式
IPAM-4404模块的DI通道可以用来采集电压型或无源触点型数字量信号，输入信号逻辑状态定义如表3.1所示。
表3.1输入信号定义
输入信号类型
信号定义
电压型数字量输入信号
高电平信号
状态1，电压范围：
+3.5V~+30V
低电平信号
状态0，电压范围：
≤+1V
无源触点型数字量输入信号
开路触点信号
状态1
闭合触点信号
状态0
IPAM-4404数字量输入端口原理示意图如图3.1所示。
图中左侧为外部接线，当外部输入为电平信号时，输入信号的电压小于1V时，光耦导通，A点输出低电平，逻辑状态为0；当输入信号的电压大于3.5V小于30V时，光耦截止，A点输出高电平，逻辑状态为1。
当模块接开关触点信号时，当开关闭合，光耦导通，逻辑状态为0；同理，当开关断开时，光耦截止，逻辑状态为1。
图3.1数字量输入原理示意图
3.2AO输出匹配输入方式
IPAM-4404的4路DI通道可以独立配置为对应AO通道的紧急输出功能的匹配输入方式，输入匹配电平可通过配置软件配置。
当DI通道配置为匹配输入方式，且DI端口输入电平与设置的匹配电平一致时，对应的AO通道将以设置的紧急输出值输出。
3.3输入接线方式
IPAM-4404的DI通道不管选择哪一种工作方式，都可以从DI寄存器读取到DI端口的当前输入值，三种工作方式的接线方式是一样的，如图3.2所示。
电压型数字量信号接线时要注意信号极性，以免接反。
图3.2数字量输入接线方式示意图
4.IPAM-4404应用示例
4.1安装设备
IPAM系列模块是基于RS-485接口的数据采集模块，将各个IPAM功能模块进行组网时，需要配备以下设备及工具：
●IPAM数据采集模块；
●RS-485主机，如具有RS-232或RS-485接口的PC机或EPC/EPCM工控机；
●供电电源（+10V~+30V）；
●IPAM测试软件
●如果采用PC机的RS-232接口，还需要配备隔离的RS-232/RS-485转换器
IPAM系列模块的通信参数是通过软件进行配置，并保存在模块内部的E2PROM中，在进行组网之前，需要获知每个IPAM模块的通信参数，利用配置软件进行配置，保证同一网络里所有模块的波特率、通信数据格式及通信协议传输模式的设置一致，并且设备地址不冲突。
4.2操作设备
4.2.1RS-485主机通信参数设置
使用PC机和RS-232/RS-485转换器作为RS-485主机，连接好接线后，给RS-232/RS-485转换器和IPAM设备供电，在PC机上打开IPAM测试软件，软件界面如图4.1所示。
图4.1IPAM系列模块测试软件界面
在测试软件上点击“端口管理”将弹出COM口的配置对话框，如图4.2所示。
设置好PC机COM端口通信参数后，点击“连接端口”按键打开对应的COM口，将弹出对话框，提示对应的端口是否成功打开。
在成功连接端口后，单击“搜索设备”按钮，进行IPAM模块的搜索。
通信参数及通信协议的配置必须与要操作的IPAM设备一致。
点击“退出”按键可以返回测试软件主界面。
图4.2主机通信参数设置示意图
图4.3搜索设备
弹出的搜索设备对话框如图4.3所示，根据IPAM模块地址设置正确的起始地址和结束地址后，单击“开始搜索”按钮开始搜索设备，搜索到的设备信息将在对话框中显示出来。
软件将在搜索完结束地址后停止搜索，用户可以根据需要点击“停止搜索”停止当前搜索。
搜索到设备后单击“退出”按钮，测试软件将关闭“端口设置”和“搜索设备”界面，返回测试软件主界面，并在系统设备信息栏添加搜索到的IPAM设备信息。
4.2.2模块信息配置
在系统设备信息栏点击搜索到的设备，测试软件将根据实际的模块型号打开采集界面，如图4.4所示。
图4.4测试软件运行界面
在采集界面的上方，用户可以设置自动扫描的间隔时间，并选择“自动读取”选项，点击“读取数据”按钮进行重复采集数据的自动读取更新。
当未选择“自动读取”选项，点击“读取数据”按钮将直进行一次采样数据读取操作。
在采集界面的下方，有操作状
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