Python在智能IO模塊上的應(yīng)用

萬偉軍

（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院 無錫機(jī)電分院，江蘇 無錫 214000）

0 引 言

目前，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信程序多采用C#編寫，以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與智能模塊建立的通信。Python語言具備簡(jiǎn)單易懂的編寫模式和功能齊全的擴(kuò)展庫，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信程序的編寫。

1 智能IO模塊的介紹

智能IO模塊采用意法半導(dǎo)體公司的STM32F407為控制核心，可實(shí)現(xiàn)16位輸入信號(hào)采集和7位輸出控制。輸入/輸出電路采用EL357NC進(jìn)行信號(hào)隔離，以保證模塊工作穩(wěn)定。同時(shí)，智能IO模塊采用MAX1487芯片實(shí)現(xiàn)串口通信，通過ARM程序?qū)崿F(xiàn)主從設(shè)備間的RS485通信。該智能模塊可代替PLC的基本功能，通過內(nèi)部ARM較靈活的程序開發(fā)功能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化，并降低設(shè)備制造成本。

2 Python控制程序的編寫

Python語言具有功能強(qiáng)大的第三方開發(fā)的庫文件，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信、界面顯示等功能。Python功能庫中可實(shí)現(xiàn)的Modbus通信協(xié)議有Modbus_tk、Pymodbus及Minimalmodbus。本文使用Modbus_tk庫實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與智能模塊間的數(shù)據(jù)交換[1]。

2.1 Modbus_tk庫中的函數(shù)分析

Modbus_tk庫是一個(gè)全功能Modbus的Python擴(kuò)展庫，通過調(diào)用內(nèi)部函數(shù)實(shí)現(xiàn)Modbus通信。Python的Modbus_tk庫函數(shù)與Modbus協(xié)議部分功能碼之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表1所示。

通信本質(zhì)上，Modbus是一種串口通信，主從設(shè)備間進(jìn)行通信前必須建立鏈接。使用Modbus_tk庫文件建立通信關(guān)系的程序，如下：

def connect():

logger=modbus_tk.utils.create_logger( "console ")

master=modbus_rtu.RtuMaster(serial.Serial(port= "C OM3 ",baudrate=19200,bytesize=8,parity= "N ",stopbits=1,xo nxoff=0))

master.set_timeout(5.0)

表1 Modbus功能碼與Python的Modbus_tk庫函數(shù)對(duì)照表

master.set_verbose(True)

logger.info( "connected ")

此程序中，通過modbus_rtu.RtuMaster（）函數(shù)設(shè)定了串口、波特率及字節(jié)長(zhǎng)度等。執(zhí)行此程序，主從設(shè)備之間建立了通信關(guān)系，后續(xù)程序只需調(diào)用功能函數(shù)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)功能[2]。

2.2 輸入信號(hào)檢測(cè)與顯示程序舉例

為實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的顯示與輸出控制，可使用Python的tkinter進(jìn)行GUI開發(fā)。為實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)顯示與標(biāo)簽，可使用Label控件。程序如下：

photo_r=PhotoImage(f i le= "r.gif ")

photo_y=PhotoImage(f i le= "y.gif ") #加載顯示圖片

lab0=Label(root,text= "X0 ")

lab0.place(x=10,y=10) #創(chuàng)建X0標(biāo)簽文字

label_x0=Label(root,image=photo_y)

label_x0.place(x=10,y=30) #X0無輸入時(shí)，顯示黃色指示燈

def input_x(): #輸入檢測(cè)與顯示程序函數(shù)input_x()

connect() #使用connect()函數(shù)建立主從設(shè)備通信鏈接

logger.info(master.execute(1,cst.READ_DISCRETE_INPUTS,0,16))

in_x=master.execute(1,cst.READ_DISCRETE_INPUTS,0,16)

If in_x[0]==1: #判斷X0是否有輸入，有輸入顯示紅燈，沒輸入顯示黃燈

label_x0.conf i g(imag=photo_r) #顯示紅燈

else:

label_x0.conf i g(imag=photo_y) #顯示黃燈

在master.execute(1,cst.READ_DISCRETE_INPUTS,0,16)語句中，master.execute（）函數(shù)內(nèi)部參數(shù)的具體含義，如圖1所示。

圖1 master.execute（）函數(shù)內(nèi)部參數(shù)的具體含義

模塊地址由每個(gè)智能IO模塊的內(nèi)部ARM設(shè)定。本功能指令是讀取Modbus離散輸入量，讀取地址從0開始，共讀取16位數(shù)據(jù)。為保證實(shí)時(shí)讀取輸入數(shù)據(jù)，程序必須間隔一定時(shí)間執(zhí)行input_x（）函數(shù)。函數(shù)調(diào)用可采用多線程定時(shí)方式，也可使用Python的APScheduler定時(shí)任務(wù)框架。

2.3 輸出控制程序舉例

為實(shí)現(xiàn)交互界面，輸出控制程序可采用tkinter的Checkbutton控件。控制程序如下：

global y0

y0=IntVar() #創(chuàng)建變量y0

def y_out(): #輸處控制程序函數(shù)y_out()

connect() #使用connect()函數(shù)建立主從設(shè)備通信鏈接

logger.info(master.execute(1,cst.WRITE_SINGLE_COIL,0, output_value=y0.get())

#創(chuàng)建復(fù)選按鈕ck，并設(shè)定其屬性，y0變量存儲(chǔ)復(fù)選按鈕設(shè)定值，同時(shí)調(diào)用y_out函數(shù)

ck=Checkbutton(text= "y0 ",variable=y0,command=y_out)

ck.place(x=10,y=120)

在logger.info(master.execute(1,cst.WRITE_SINGLE_COIL,0,output_value=y0.get()))語 句 中，master.execute（）函數(shù)內(nèi)部參數(shù)的具體含義，如圖2所示。

圖2 master.execute（）函數(shù)內(nèi)部參數(shù)的具體含義圖

模塊地址由每個(gè)智能IO模塊的內(nèi)部ARM設(shè)定。本功能指令是執(zhí)行Modbus內(nèi)部單線圈狀態(tài)設(shè)定功能。單線圈地址確定了智能IO模塊的輸出口位置，即y0口。單線圈狀態(tài)值由復(fù)選按鈕設(shè)定值決定。復(fù)選按鈕被選中，設(shè)定值為1；復(fù)選按鈕未被選中，設(shè)定值為0。執(zhí)行此程序，當(dāng)Python編寫的GUI界面中的復(fù)選按鈕被選中時(shí)，智能IO模塊的y0口導(dǎo)通[3]。

3 結(jié) 論

本文采用Python的Modbus_tk庫實(shí)現(xiàn)智能IO模塊與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，語言簡(jiǎn)潔易懂，且Python擴(kuò)展庫功能強(qiáng)大，可簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)各種工業(yè)控制功能。