基于Modbus的空壓機多控制器監控功能的實現

（柳州工學院，廣西柳州 545600）

1 引言

在現代工業，空壓機作為除電力之外的第二大動力源，其應用非常廣泛。但對于大型工廠用戶，特別是設備分布零散的工廠，需要較高的設備管理水平和較多的資源。監控組態軟件的出現，可以將眾多設備，集中收集其運行狀態至控制室，進行統一監控，這大大地提升了設備監控的效率，通過監控軟件，操作人員可以及時發現故障設備，并指引維護人員進行故障處理和設備修復，大大地提升了工廠運營效率。

對于同一個設備用戶來說，所使用的空壓機可能不是同一廠商供應的；即使是同一廠商供應的空壓機，如果是不同型號的也可能使用不同的控制器，這使得如何統一監控這些空壓機設備，變得異常困難，迫切需要設計一種監控方式能方便實現對用戶現場的空壓機設備進行統一監控。

目前各大廠商的空壓機設備如美國壽力品牌主要用MCC、SCN、SMC、EC2000等型號的控制器，其輸入輸出信息端口定義雖然不太一樣，但基本都具備Modbus通信端口，可以讓設備與外界進行通信。本文將分析主要控制器和通信協議，研究開發一種空壓機多種控制器統一監控方式，包括硬件連接通信和軟件編寫等方面，以實現用戶的監控需求。

2 監控工具準備及調試

2.1 通信工具

為了實現與控制器的連接通信，需要一個RS585轉RJ45的串口轉換器。此串口轉換器輸入端是RS485接口，利用雙絞線能與控制器上的485通信端口（即Modbus端口）相連接；其輸出端是RJ45接口，連接計算機的網絡通信口，進行數據傳輸。

串口轉換器一般都配套有相應的驅動和配置軟件，按照其操作說明書完成其驅動及相應配置軟件的安裝。以一款型號為BT-2000RS串口服務器為例，其基本配置如下：

（1）打開其配置軟件如NetModuleConfig_BJTDHJ.exe，檢查適配器/網卡選擇是否下確，然后點擊“搜索設備”按鈕，等待10 s，雙擊搜索到的串口轉換器IP地址，在基礎設置框設置串口轉換器的IP地址。注意：計算機的IP地址需與串口轉換器IP地址在同一網段內。

（2）設置串口轉換器網絡模式、端口號以及串口參數，配置完成點擊“配置設備參數”按鈕，串口轉換器自動重啟。注意：要根據通信方式勾選相應的端口，這里使用RS485通信方式因此勾選“啟用端口2”。

2.2 硬件連接通信

監控硬件連接包括多個控制器、串口轉換器和計算機，在計算機中安裝有易控（INSPEC）監控組態軟件，其連接示意圖如圖1所示。

2.2.1 Modbus 調試工具

提前準備好Modbus 調試工具MODSCAN32，modscan32是一個運行在windows下，作為在RTU或ASCII傳輸模式下的Modbus協議主設備的連接測試程序。利用modscan32可以測試計算機與控制器的連接通信情況。以EC2000型號的控制器為例，連接調試方法如下：

（1）打開MODSCAN32工具，按照EC2000的通信參數：波特率=9600、數據位=8、停止位=1、校驗=偶、流控制=無、串口=COM 2，設置好主要通信參數。

（2）設置通信設備EC2000的ID、每次讀取寄存器數，選擇讀取的寄存器類型為03 holding register。

（3）通信正常時，則在頁面中顯示控制器EC2000中的參數。

注意：請檢查EC2000控制器的通信模式，是否為從機，若為廣播模式，則無法正常通信監測。

3 實施方案及步驟

3.1 易控監控組態軟件

易控（INSPEC）是完全基于.NET平臺開發的新一代組態軟件，實現大量最新IT技術和設計理念（如WPF、WCF、XAML、SOA、SaaS、Webservices）在自動化軟件領域的同步應用，引領了新一代組態軟件的技術趨勢。軟件基于分布式和開放式架構設計，穩定可靠，其無與倫比的圖形系統、多語言和C#用戶程序等眾多功能給客戶帶來人機體驗的卓越提升，幫助提高效率，輕松實現工廠自動化和信息化的融合。

從易控官網下載INSPEC組態軟件，按軟件操作說明完成其安裝。

3.2 監控程序設計

（1）打開易控組態軟件，新建一個工程。

點擊文件/新建工程，在彈出的對話框中輸入工程名稱，存放地址為默認，點擊“確認”按鈕生成新工程項目，雙擊窗口中的工程名即可打開此工程進行具體設計。

（2）配置串口。在“工程”欄中“IO通信/新建（N）”上右鍵選擇“新建”，彈出新建“IO通信”對話框，進行設置要與計算機通信的設備信息。在對話框中通道名稱默認為“串口1”，通道類型選擇“串口”。

（a）點擊對話框中“下一步”，進行“第二步配置通道”操作。協議類型選擇“RS422/RS485（M）”，在參數設置中端口號選擇“COM2”即串口轉換器連接計算機后虛擬成的串口號。其它要按照當前連接的EC2000控制器相關通信參數進行設置，波特率選擇“9600”，校驗位選擇“偶校驗”，流控制選擇“無”，數據位選擇“8”，停止位選擇“1”。

（b）點擊對話框中“下一步”，進行“第三步選擇RS485設備”操作。在對話框中選擇與計算機通信的RS485設備類型，當前是EC2000控制器它是Modbus-RTU協議，因此選擇“PLC/施耐德/Modbus”，在設備名稱中輸入自定義名稱如EC2000。

（3）設置完成后點擊對話框中“完成”按鈕，在工程欄的“IO通信”下的串口1中顯示相應的連接設備如EC2000。重復以上操作，可以創建多個要連接的控制器設備。

（4）創建控制器設備中寄存器數據地址行，這些地址行即需要讀取展示的數據信息。由于不同控制器的通信協議內容不同，其傳送的信息代碼中每一段地址所代表的意義也相應不同，因此需要根據具體設備的通信協議進行相應設置。對于EC2000控制器的設置方法如下。

（a）在工程窗口的串口1下雙擊“EC2000”設備，彈出其寄存器數據地址行，然后右鍵選擇“新建”命令，在“寄存器類型”選擇“Holding register”，“起始地址”為1，“單元長度”為1，“數據類型”為整型，“讀寫方式”為只讀，“數據變量”暫時為空，其它默認。

（b）同樣的方法，分別創建其它要讀取的地址行，注意起始地址、單元長度、數據類型等要根據其協議內容相應填寫。

（c）部分地址行數據創建。

（5）創建參數變量。變量是程序中儲存從控制器設備寄存器中讀取到的數據，每一個寄存器地址行都需要定義一個不同變量，且其類型要一致，名稱盡量直觀方便識別。

由于不同控制器的寄存器地址數據不同，為了區分不同控制器，需要先創建相應的變量組，在新建相應的變量，如對應EC2000控制器的變量組命名為EC_1。然后在變量組中再創建相應的變量。

（6）變量創建后，需要與設備寄存器地址行進行關聯，才能存儲顯示相應的數據，以便在程序中引用到。雙擊工程窗口中的某個控制器設備，顯示出寄存器地址列表，點擊相應地址行的“數據庫變量”列按鈕，彈出“變量瀏覽器”窗口，選擇對應變量組中的變量，分別將其關聯好。

（7）對已經完成變量關聯的寄存器地址，可以測試讀取控制器設備中的參數，將顯示在“當前值”列中；可對照該控制器的通信協議文件，檢查判斷各參數是否顯示正確。

3.3 前端界面設計

監控前端界面用于展示控制器中寄存器地址數據、報警提示信息和操作按鈕，其中地址數據要增加中文名稱辨識，直觀展示。在界面中分別設計相應控制器如EC2000、MCC的顯示信息，并設計好相應標簽、文本框或單選框，再進行各參數變量的關聯設置。

（1）設置文本框的關聯變量參數。點擊要設置的文本框，在右下角屬性和動畫窗口，選擇“顯示值”，在引出窗口中點擊“…”后彈出變量選擇窗口，選擇相應控制器變量值下的變量參數，將其關聯顯示在此文本框中。按此方法，依次設置其它文本框的關聯變量參數。

（2）報警類的開關量關聯：關聯方法與模擬參數的關聯相似，不同的是，需設定相應報警位值為無窮大、0（False）和1（True）時相應的顯示狀態，以區分正常狀態和報警狀態。

（3）計算機控制操作的關聯：如果要通過計算機來控制設備啟動、卸載、加載或停止等操作，需要改變該控制器中相應寄存器地址的值來實現。

例如對于啟動操作，其對應寄存器地址為A10，需要通過程序改變此地址的值為1；對于停止、卸載或加載操作，則相應改變其數值。

3.4 設備監控情況

按照以上步驟進行監控程序、前端界面設計，各變量參數、控制信號的關聯設置，即完成整個工程的設計。點擊工具欄的“編譯”按鈕，對該工程進行編譯，在編譯過程中可能會有錯誤或警告，按照提示檢查修改好。編譯完成后，點擊工具欄中的“運行”按鍵，進行控制器設備的監控聯機。

4 結論

以上方法可以實現這兩款空壓機控制器在計算機系統中進行統一監控，并進行聯機操作控制。聯機監控后能夠實時讀取到控制器中的數據，數據傳輸快捷穩定，能夠滿足日常監控需求。按照以上方法可以實現各種帶有Modbus通信接口的空壓機控制器的監控需求，這些控制器可以是不同廠商、不同型號的，均可以在此系統中進行統一監控。

當前硬件連接通信是通過有線形式，進一步擴展后可以實現無線連接通信，更加方便地實現對用戶現場空壓機設備的統一監控需求，實時獲取被監控設備的運行狀態及數據。