GH-4000十六路开关量输入模块

产品简介
GH-4000十六路开关量输入模块作为通用型数字量采集模块广泛应用于冶金、化工、机械、消防、建筑、电力、交通等工业行业中，具有2组相互隔离的开关量输入通道，每组8 路，可接入16路开关量信号。支持标准的Modbus RTU 协议，并具有通讯超时检测功能，可同其它遵循Modbus RTU 协议的设备联合使用。

系统概述
GH-4000模块主要由电源电路、隔离开关量输入电路、隔离RS485收发电路及MCU等部分组成。采用高速ARM处理器作为控制单元，拥有隔离的RS485通讯接口，具有ESD、过压、过流保护功能，避免了工业现场信号对模块通讯接口的影响，使通讯稳定可靠。

技术参数
开关量输入 通道数 2组，每组8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)：5VDC～30VDC，6mA@24V，低电平(数字0）：≤1VDC

隔离电压 2500VDC
串口通信参数 接口类型 RS485
波特率 1.2k～115.2k可设置，初始为9.6k
通讯格式 1个起始位，8个数据位，无、奇或偶校验，1个或2个停止位
通讯协议 Modbus RTU
地址范围 0-31
串口保护 ESD保护 15KV
隔离电压 1500VDC
电源参数 电源规格 18～36VDC，电源反接保护
功耗 0.5W
工作环境 工作温度 -10～60℃
储存温度 -40～85℃
相对湿度 5～95%RH，不凝露
其他 尺寸 145 x 90 x 40
外壳材质 ABS工程塑料
安装方式 标准DIN导轨安装或螺丝安装
保修 1年质保

外形及安装尺寸如图所示：


模块功能
现场数字量输入信号与GH-4000模块内部电路之间采用光耦隔离，输入信号分成两组，M1与I0～I7为一组，M2与I8～I15为一组，两组输入之间相互隔离，其中M1、M2分别为各组数字量输入的公共端（接电源负极）。GH-4000模块电路接线原理如图所示：


端子与拨码开关
1）电源和通讯端子T1
T1 定义 说明
1 V+ 输入电源电压5～40VDC，如24VDC
2 GND
3 A RS485+
4 B RS485-
5 SG RS485信号地

2）数字量输入端子
T2 定义 说明
1 M2 第二组数字量输入公共端，接电源负极
2 I15 8路无源数字量输入
3 I14
4 I13
5 I12
6 I11
7 I10
8 I9
9 I8
10 M1 组数字量输入公共端，接电源负极
11 I7 8路无源数字量输入
12 I6
13 I5
14 I4
15 I3
16 I2
17 I1
18 I0

拨码开关S1
1）节点地址ADDR（出厂默认节点地址为1）
节点 S6 S7 S8 S9 S10
0 OFF OFF OFF OFF OFF
1 OFF OFF OFF OFF ON
2 OFF OFF OFF ON OFF
3 OFF OFF OFF ON ON
4 OFF OFF ON OFF OFF
5 OFF OFF ON OFF ON
6 OFF OFF ON ON OFF
7 OFF OFF ON ON ON
8 OFF ON OFF OFF OFF
9 OFF ON OFF OFF ON
10 OFF ON OFF ON OFF
11 OFF ON OFF ON ON
12 OFF ON ON OFF OFF
13 OFF ON ON OFF ON
14 OFF ON ON ON OFF
15 OFF ON ON ON ON
16 ON OFF OFF OFF OFF
17 ON OFF OFF OFF ON
18 ON OFF OFF ON OFF
19 ON OFF OFF ON ON
20 ON OFF ON OFF OFF
21 ON OFF ON OFF ON
22 ON OFF ON ON OFF
23 ON OFF ON ON ON
24 ON ON OFF OFF OFF
25 ON ON OFF OFF ON
26 ON ON OFF ON OFF
27 ON ON OFF ON ON
28 ON ON ON OFF OFF
29 ON ON ON OFF ON
30 ON ON ON ON OFF
31 ON ON ON ON ON

2）波特率BAUD（出厂默认波特率为9600bps）
波特率 S3 S4 S5
1200bps OFF OFF OFF
2400bps OFF OFF ON
4800bps OFF ON OFF
9600bps OFF ON ON
19200bps ON OFF OFF
38400bps ON OFF ON
57600bps ON ON OFF
115200bps ON ON ON



3）数据格式CM（出厂默认为1个起始位，8个数据位，无校验，1个停止位）
通讯的数据格式为：1个起始位，8个数据位，校验和停止位如下：

描述 S1 S2
无校验，1个停止位 OFF OFF
无校验，2个停止位 OFF ON
奇校验，1个停止位 ON OFF
偶校验，1个停止位 ON ON

状态指示灯
工作状态 描述
D1 红色常亮 模块故障
绿色常亮 模块正常
D2 红色闪烁或常亮 通讯故障或通讯超时
绿色闪烁 正在收发通讯数据包
注：D2指示灯绿色闪烁的频率和通讯状态有关，通讯波特率越高，闪烁越快；通讯越频繁，闪烁越快；如果总线上没有数据包传输，则不闪烁。

IO与模块参数
MODBUS 协议规定了4 种元件，分别是：离散量输入(Discrete Input)、线圈(Coil）、保持寄存器(Holding Register）、输入寄存器(Input Register）。模块中所有的IO和参数都映射到特定的MODBUS 元件，通过读写这些元件就可以操作模块完成各项功能。

数字量输入
GH-4000模块有16 个数字量输入通道，分别映射到第0～15号离散量输入、0号保持寄存器的0～15位。可通过读离散量输入、读保持寄存器的值来获得输入状态，数字量输入映射如下所示：
输入通道 Modbus元件 读写
类型 PLC地址 Modbus地址
I0 离散量输入 100001 0 只读
保持寄存器 400001.0 0.0 只读
I1 离散量输入 100002 1 只读
保持寄存器 400001.1 0.1 只读
I2 离散量输入 100003 2 只读
保持寄存器 400001.2 0.2 只读
I3 离散量输入 100004 3 只读
保持寄存器 400001.3 0.3 只读
I4 离散量输入 100005 4 只读
保持寄存器 400001.4 0.4 只读
I5 离散量输入 100006 5 只读
保持寄存器 400001.5 0.5 只读
I6 离散量输入 100007 6 只读
保持寄存器 400001.6 0.6 只读
I7 离散量输入 100008 7 只读
保持寄存器 400001.7 0.7 只读
I8 离散量输入 100009 8 只读
保持寄存器 400001.8 0.8 只读
I9 离散量输入 100010 9 只读
保持寄存器 400001.9 0.9 只读
I10 离散量输入 100011 10 只读
保持寄存器 400001.10 0.10 只读
I11 离散量输入 100012 11 只读
保持寄存器 400001.11 0.11 只读
I12 离散量输入 100013 12 只读
保持寄存器 400001.12 0.12 只读
I13 离散量输入 100014 13 只读
保持寄存器 400001.13 0.13 只读
I14 离散量输入 100015 14 只读
保持寄存器 400001.14 0.14 只读
I15 离散量输入 100016 15 只读
保持寄存器 400001.15 0.15 只读

模块参数
GH-4000模块的节点地址、波特率和数据格式通过拨码开关设置后，在上电时自动进行配置，无需软件配置。
GH-4000模块定义了超时时间参数用于控制通讯超时报警功能。该参数映射到保持寄存器30000（高16位）和保持寄存器30001（低16位）中，该参数通过16号功能码写入模块内部的EEPROM中，上电时自动加载此参数。
超时时间参数为32位无符号整数，单位为ms，该参数范围为0x0000000A～0x000493E0，对应10～300000ms，如0x00002710表示10000ms。如果不需要启用超时功能，将该值设置为0x00000000。

参数 元件类型 PLC地址 Modbus地址 功能码 描述
超时时间 保持寄存器 430001 30000 03或16 超时时间
高16位
保持寄存器 430002 30001 超时时间
低16位

通讯协议
GH-4000模块遵循标准的MODBUS RTU 协议，MODBUS 通讯协议详细信息请参
见MODBUS 标准化组织网站：,这里结合GH-4000模块
简要介绍MODBUS RTU 协议。

MODBUS通讯模式
MODBUS 协议使用查询/响应通讯模式。MODBUS 主站设备向选定地址的从站设备发送请求报文，报文中包含了主站要求从站执行的操作以及完成该操作所需要的任何附加信息。被选定的从站收到请求报文后，执行报文中的操作，并根据执行结果发出响应报文。如果操作正确完成，则响应正常报文；如果在执行过程中发生错误，则响应出错报文。主站根据从站响应报文判断从站操作结果，以执行下一步操作。

模块支持的功能码
GH-4000模块支持02、03、16号功能码，各功能码及所操作的元件如下表所示。
元件 功能码 读写 功能
I/O 离散量输入 02 读 读多个离散量输入
保持寄存器 03 读 读多个保持寄存器
参数配置 保持寄存器 03 读 读多个保持寄存器
16 写 写多个保持寄存器


02号功能码
02号功能码用于读取1个或连续多个离散量输入，比如，读取从地址0开始的16个离散量输入或者从地址9开始的2个离散量输入。注意，不能读取不存在的离散量输入，否则模块将以出错报文响应。
1）主站请求报文
报文内容 长度 取值范围 示例
从站地址 1字节 0x01～0x1F 0x01
功能码 1字节 0x02 0x02
起始地址 2字节 0x0000～0x000F 0x0000
离散量输入数量 2字节 0x0001～0x0010 0x0010
CRC校验 2字节 0x0000～0xFFFF 0x79C6
注1：主站请求报文示例，读从0开始的16个离散量输入（一次读取该模块所有的数字量输入）。
注2：起始地址和离散量输入数量相加不能大于16，否则会以出错报文响应。

2）从站正常响应报文
报文内容 长度 取值范围 示例
从站地址 1字节 0x01～0x1F 0x01
功能码 1字节 0x02 0x02
字节数量 1字节 N 0x02
离散量输入状态 N字节 0x00FF
CRC校验 2字节 0x0000～0xFFFF 0xF9F8
注1：N=离散量输入数量/8，如果余数不等于0，则N=N+1。
注2：从站正常响应报文示例，低字节在前，高字节在后，即I7～I0 为0，I15～I08为1。

3）从站异常响应报文
报文内容 长度 取值范围 示例
从站地址
1字节 0x01～0x1F 0x01
功能码 1字节 0x82 0x82
错误代码 1字节 0x01（不是支持的功能码） 0x01
0x02（起始地址不在0x0000~0x000F之间）
0x03（寄存器数量不在0x0001~0x0002之间）
0x04（数据校验错误）
CRC校验 2字节 0x0000～0xFFFF 0x8160

03号功能码
03号功能码用于读取保持寄存器，可以一次读取1个或多个保持寄存器。注意，不能读取不存在的保持寄存器，否则模块将以出错报文响应。
1）主站请求报文
报文内容 长度 取值范围 示例
从站地址 1字节 0x01～0x1F 0x01
功能码 1字节 0x03 0x03
起始地址 2字节 0x0000～0x000F 0x0000
输入数量 2字节 0x0001～0x0010 0x0001
CRC校验 2字节 0x0000～0xFFFF 0x840A
注1：主站请求报文示例，读从0开始的1个保持寄存器（即读保持寄存器0，映射为模块的16个数字量输入）。
注2：保持寄存器1和保持寄存器2为超时时间参数。

2）从站正常响应报文
报文内容 长度 取值范围 示例
从站地址 1字节 0x01～0x1F 0x01
功能码 1字节 0x03 0x03
字节数量 1字节 N 0x02
输入状态 N字节 0x00FF
CRC校验 2字节 0x0000～0xFFFF 0xF804
注1：N=响应中数据的字节数量。
注2：从站正常响应报文示例，I15～I08为0, I7～I0 为1。

3）从站异常响应报文
报文内容 长度 取值范围 示例
从站地址 1字节 0x01～0x1F 0x01
功能码 1字节 0x83 0x83
错误代码 1字节 0x01（不是支持的功能码） 0x01
0x02（起始地址不在0x0000~0x000F之间）
0x03（寄存器数量不在0x0001~0x0002之间）
0x04（数据校验错误）
CRC校验 2字节 0x0000～0xFFFF 0x5128

16号功能码
16号功能码用于写保持寄存器，比如，一次写2个或多个连续的保持寄存器。写时，请求报文中的寄存器存在并可写，否则模块将以出错报文响应。
1）主站请求报文
报文内容 长度 取值范围 示例
从站地址 1字节 0x01～0x1F 0x01
功能码 1字节 0x10 0x10
起始地址 2字节 0x7530 0x7530
寄存器数量 2字节 N 0x0002
字节数 1字节 2*N 0x04
寄存器值 2*N字节 0x0000，0x2710
CRC校验 2字节 0x0000～0xFFFF 0xB015
注1：主站请求报文示例，写从30000开始的2个保持寄存器（超时时间参数）。
注2：N取值可为2、4、6、8，写入其它值时模块将以出错报文响应。

2）从站正常响应报文
报文内容 长度 取值范围 示例
从站地址 1字节 0x01～0x1F 0x01
功能码 1字节 0x10 0x10
起始地址 2字节 0x7530 0x7530
寄存器数量 2字节 N 0x0002
CRC校验 2字节 0x0000～0xFFFF 0x5BCB

3）从站异常响应报文
报文内容 长度 取值范围 示例
从站地址 1字节 0x01～0x1F 0x01
功能码 1字节 0x90 0x90
错误代码 1字节 0x01（不是支持的功能码） 0x01
0x02（起始地址不在0x0000~0x000F之间）
0x03（寄存器数量不在0x0001~0x0002之间）
0x04（数据校验错误）
CRC校验 2字节 0x0000～0xFFFF 0x8DC0

应用指南
GH-4000模块是基于RS485总线的IO模块，GH-4000模块组网时，需要配备以下设备：
1）Modbus主机，如PC、PLC、工控机等；
2）直流电源(+5～+40V)，如12V或24V电源；
3）如果Modbus主机只有RS232接口，则配备隔离的RS232/RS485转换器。
如下图所示，以带RS485接口的PC机作为Modbus主机为例


在组网前，需要根据系统需求确定RS485总线的波特率、数据通讯格式以及每个模块的节点地址，这些均可通过10位拨码开关进行设置，拨码开关设置完成后，模块上电时自动保持所设参数，无需软件配置。值得注意的是，总线上每个模块的波特率和数据通讯格式一致，且每个模块的节点地址是的。
GH-4000模块遵循标准的Modbus RTU协议，可以与任何遵循Modbus RTU协议的设备配合使用。如常用的组态软件、支持Modbus RTU协议的PLC等，详细信息请见相应的使用说明。