吳昊罡

摘要：本文基于Modbus通訊協(xié)議，使用VB編寫上位軟件，與西門子CP341-RS422/485模塊進(jìn)行通訊，對(duì)PLC中變量進(jìn)行讀取，并存入SQLServer數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：Modbus；VB； SQLServer；PLC

在現(xiàn)代工業(yè)中使用PLC設(shè)備進(jìn)行分散化控制，上位機(jī)監(jiān)控軟件提供圖形界面并對(duì)下位設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、管理，已經(jīng)成為工業(yè)控制系統(tǒng)中普遍使用的監(jiān)控形式。其中Modbus協(xié)議以標(biāo)準(zhǔn)、開放等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于工業(yè)通訊當(dāng)中，本文基于西門子的CP341模塊作為Modbus從站，使用Visual Basic語言進(jìn)行編程，在上位計(jì)算機(jī)中采集、存儲(chǔ)PLC中狀態(tài)變量，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1.Modbus協(xié)議

一個(gè)Modbus通訊數(shù)據(jù)幀由若干個(gè)字節(jié)組成，一般通信數(shù)據(jù)幀的格式包括：地址域、功能碼、數(shù)據(jù)域、錯(cuò)誤校驗(yàn)（16位CRC校驗(yàn)）

地址域長度為1個(gè)字節(jié)，表示從站的地址。功能碼是數(shù)據(jù)幀中傳送的第二個(gè)字節(jié)，不同的功能碼對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)域格式不盡相同，常用的功能碼有1、2、3、4、5、6、15和16，分別表示讀線圈、讀輸入狀態(tài)、讀保持寄存器、讀輸入寄存器、寫單個(gè)線圈、寫單個(gè)輸入狀態(tài)、寫多個(gè)線圈、寫多個(gè)保持寄存器[1]。數(shù)據(jù)幀最后兩個(gè)字節(jié)是CRC錯(cuò)誤校驗(yàn)域。

若需要讀取05從站以00 00為起始地址的兩個(gè)REAL型數(shù)據(jù)：3.4和8.9，則主站發(fā)送的報(bào)文：05 03 00 00 00 04 C5 8F，從站返回報(bào)文：05 03 08 40 59 99 9A 41 0E 66 66 D6 72。

2.西門子CP341的組態(tài)與編程

2.1西門子CP341組態(tài)

本文涉及與計(jì)算機(jī)通訊的從站為西門子S7-300PLC加裝CP341-RS422/485模塊。在安裝CP341之前需要插入硬件狗Dongle，安裝驅(qū)動(dòng)軟件CP_PTP_PARAM和Modbus-Slave318，然后才能在Step7中對(duì)CP341進(jìn)行組態(tài)。

設(shè)置模塊時(shí)必須與計(jì)算機(jī)確認(rèn)設(shè)置的內(nèi)容：從站地址、波特率、數(shù)據(jù)位停止位，校驗(yàn)位。CP341模塊的參數(shù)應(yīng)按確認(rèn)后的內(nèi)容進(jìn)行配置，波特率通常設(shè)為9600即可。本文中通訊參數(shù)設(shè)置為9600， 8， 1， n，從站地址為5。

傳輸DINT、REAL數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)設(shè)置FC 03，06，16選項(xiàng)卡，并建立一個(gè)DB塊存儲(chǔ)待傳數(shù)據(jù)。本文中所需傳輸?shù)淖兞繑?shù)據(jù)類型為DINT、REAL。傳輸模式選擇Half-Duplex。配置完成后，向CP341下載Modbus Slave驅(qū)動(dòng)。

2.2PLC編程

在Step7中打開 “zXX21_05_PtP_Com_MODSL”項(xiàng)目，將Modbus通訊程序OB100、FB7、FB8、FB80、DB80復(fù)制到Step7程序中。在程序中調(diào)用FB80，并將通訊數(shù)據(jù)塊名稱DB80和CP341起始地址填入。建立與計(jì)算機(jī)通訊用的FC塊并調(diào)用FB80，將通訊數(shù)據(jù)塊名稱DB80和CP341起始地址填入。其中FB80中的OB_MASK的值應(yīng)始終為1，其余變量根據(jù)需要進(jìn)行分配。

3.Visual Basic編程實(shí)現(xiàn)

為計(jì)算機(jī)安裝RS485通訊卡，添加各個(gè)數(shù)據(jù)顯示控件數(shù)組和MSComm控件。Modbus RTU模式的報(bào)文發(fā)送必須控制好字符間隔，1byte數(shù)據(jù)發(fā)送后延時(shí)應(yīng)小于1.5倍字符時(shí)間，兩幀報(bào)文之間的間隔必須大于3.5倍字符時(shí)間間隔。一個(gè)字符時(shí)間是指按照用戶設(shè)定的波特率傳輸一個(gè)字節(jié)所需要的時(shí)間[2]。

軟件通過串口發(fā)送查詢數(shù)據(jù)幀，對(duì)PLC返回的數(shù)據(jù)分解、顯示，PLC返回的內(nèi)容包括各開關(guān)狀態(tài)、元件狀態(tài)、運(yùn)行速度、運(yùn)行負(fù)荷等。從通訊內(nèi)容來說，包括開關(guān)量、模擬量，其中開關(guān)量均打包為DINT型變量整體發(fā)送。

3.1串口通訊與數(shù)據(jù)處理

在界面中加載VB自帶的MSCOMM控件，在軟件啟動(dòng)時(shí)，程序調(diào)用API函數(shù)自動(dòng)從配置文件中讀取設(shè)置的控件屬性參數(shù)，在控件的CommEvent事件中編寫響應(yīng)程序。

使用Timer控件按照要求的周期發(fā)送報(bào)文。主站發(fā)出的查詢報(bào)文為05 03 00 00 00 24 44 55（十六進(jìn)制），通過MSComm.Output指令發(fā)送給從站。

取得從站返回給主站的數(shù)據(jù)幀后，從第4個(gè)字節(jié)開始，每4個(gè)字節(jié)為一個(gè)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)幀中的DINT型變量按位進(jìn)行分解，與相應(yīng)的開關(guān)量對(duì)應(yīng)顯示，浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為小數(shù)并顯示在界面上。

3.2數(shù)據(jù)管理

為及時(shí)記錄設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，分析設(shè)備使用情況，軟件將打包傳輸?shù)臄?shù)據(jù)存儲(chǔ)在SQLServer數(shù)據(jù)庫中，以備日后查詢，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的過程根據(jù)MSComm.CommEvent事件觸發(fā)。VB應(yīng)用程序開發(fā)中，可以通過ADO對(duì)微軟所支持的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作。

在數(shù)據(jù)庫中建立存儲(chǔ)表，建立不少于傳輸內(nèi)容的字段，分別存儲(chǔ)各開關(guān)量數(shù)據(jù)、模擬量數(shù)據(jù)。在VB中編寫讀寫數(shù)據(jù)庫的ADO語句對(duì)SQLServer進(jìn)行操作。

Set Cnn = New ADODB.Connection

Cnn.Open strCnn

Cnn.Execute "INSERT INTO Database （iTime， …） VALUES （SQLtxt）"

需要讀取存儲(chǔ)信息時(shí)，可使用SQL查詢語句讀取相應(yīng)字段進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和位處理即可，本文不再贅述。4 結(jié)論

本文實(shí)現(xiàn)了在Modbus通訊的條件下，使用Visual Basic編程實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)上讀取PLC中少量數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)入SQLServer數(shù)據(jù)庫的功能。在只需要監(jiān)控少量數(shù)據(jù)的情況下，可以不必在計(jì)算機(jī)上安裝其他專業(yè)的工業(yè)控制軟件就能夠滿足需求，只安裝相應(yīng)的控件補(bǔ)丁和硬件驅(qū)動(dòng)即可。本文所實(shí)現(xiàn)的功能降低了監(jiān)控軟件對(duì)計(jì)算機(jī)性能的要求，也使得部署程序更加簡便。

參考文獻(xiàn)：

[1]白焰，鐘艷輝，秦宇飛.基于VC的Modbus協(xié)議通信測試軟件的實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電力，2008 25（6）：76-80

[2]佟為明，胡素君，劉勇， 李中偉.一種體現(xiàn)Modbus主要技術(shù)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[J].電子器件，2009 32（4）：833-839.