基于MODBUS協(xié)議的電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳春燕

（武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430205）

1 系統(tǒng)功能分析

能量反饋電源需要指定光的頻率和出光波形。在一些不適合使用工控機(jī)的工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的控制，需要設(shè)計(jì)使用觸摸屏的監(jiān)控系統(tǒng)，便于對(duì)電源輸出電流進(jìn)行控制。因此，需要在觸摸屏上完成電源信息顯示、報(bào)警顯示、輸出電流大小、頻率、峰值的設(shè)置和輸出電流曲線顯示。

能量反饋電源監(jiān)控系統(tǒng)由MCGS觸摸屏和電源控制板組成，控制板和觸摸屏之間通過RS232串口進(jìn)行連接，選用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議MODBUS協(xié)議進(jìn)行通信。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

2 通信協(xié)議設(shè)計(jì)

MODBUS協(xié)議有ASCII和RTU兩種傳輸模式[1]，本系統(tǒng)選擇RTU傳輸模式，以提升數(shù)據(jù)的傳輸效率和處理效率。

根據(jù)系統(tǒng)中的功能需求和MODBUS協(xié)議中的功能碼（如表1所示）定義，選用0x03和0x06兩個(gè)功能碼完成信息顯示和參數(shù)設(shè)置功能[2]。

表1 MODBUS協(xié)議功能碼

MODBUS協(xié)議規(guī)定了控制器可以識(shí)別的一種消息結(jié)構(gòu)[3]，如圖2所示。

圖2 MODBUS協(xié)議消息結(jié)構(gòu)

依據(jù)選定的功能碼，系統(tǒng)中需要使用讀取信息幀和設(shè)置信息幀。

2.1 讀取信息幀——功能碼0x03

該命令由主控制器（系統(tǒng)中為MCGS觸摸屏）發(fā)出，可以讀取從控制器（電源控制板）單個(gè)或者多個(gè)保持寄存器的內(nèi)容和從控制器返回主控制器查詢的寄存器內(nèi)容。

主控制器發(fā)送幀格式如圖3所示。

圖3 讀取命令中主控制器發(fā)送幀格式

從控制器響應(yīng)幀格式如圖4所示。

圖4 讀取命令中從控制器響應(yīng)幀格式

響應(yīng)信息幀中的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度占用“返回字節(jié)數(shù)”規(guī)定的字節(jié)長(zhǎng)度，是發(fā)送信息中指定的連續(xù)寄存器內(nèi)的內(nèi)容。

2.2 設(shè)置信息幀——功能碼0x06

該命令由主控制器（本系統(tǒng)中為MCGS觸摸屏）發(fā)出，只能設(shè)置從控制器（電源控制板）單個(gè)寄存器的值。

主控制器發(fā)送幀和從控制器響應(yīng)幀格式相同，如圖5所示。

圖5 設(shè)置命令中幀格式

3 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 顯示界面設(shè)計(jì)

組態(tài)監(jiān)控監(jiān)控界面顯示當(dāng)前的電流、頻率、幅值信息以及曲線繪制[4]，設(shè)計(jì)界面圖6所示。

圖6 監(jiān)控界面設(shè)計(jì)

3.2 設(shè)備連接

MCGS支持標(biāo)準(zhǔn)的MODBUSRTU協(xié)議，在設(shè)備窗口中新增ModbusRTU設(shè)備即可。

3.3 讀取與設(shè)置功能

設(shè)置界面中輸入框的數(shù)據(jù)來源為“根據(jù)采集信息生成”，讀寫類型設(shè)置為“讀寫”，即可完成信息的讀取和顯示，設(shè)置內(nèi)容如圖7所示。

3.4 曲線顯示

監(jiān)控界面需要顯示電流隨時(shí)間的變化曲線，在系統(tǒng)上電后可以讀取和顯示斷電前的電流曲線。用戶可以根據(jù)需要設(shè)置新的電流曲線，該曲線的顯示要使用“相對(duì)時(shí)鐘趨勢(shì)曲線”。在實(shí)時(shí)曲線設(shè)置中需要選擇時(shí)鐘變量和曲線顯示變量。在腳本中調(diào)用函數(shù)“AddXYData”，進(jìn)行曲線的點(diǎn)和連線的繪制。繪制的曲線和電流設(shè)置值如圖8所示。

圖7 MCGS組態(tài)軟件中數(shù)據(jù)量屬性設(shè)置

圖8 電流波形圖顯示界面

3.5 報(bào)警顯示

在組態(tài)監(jiān)控界面，對(duì)幅值、頻率、時(shí)間和百分比的可設(shè)置范圍進(jìn)行判斷，并顯示和保存電源控制板上傳的報(bào)警信息。

4 結(jié) 論

本文實(shí)現(xiàn)了基于Modbus協(xié)議的電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使用MCGS觸摸屏設(shè)計(jì)監(jiān)控顯示界面，觸摸屏和電源控制板之間通過ModbusRTU協(xié)議進(jìn)行信息交互和數(shù)據(jù)交換。在界面設(shè)計(jì)中，獲取信息的顯示和相關(guān)參數(shù)的設(shè)置由同一輸入框完成，界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，操作方便。電流曲線的顯示采用相對(duì)時(shí)鐘繪制，顯示電流和時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，易于觀察和記錄。