3.4 基于Modbus TCP的遠程數(shù)據(jù)采集及控制

本節(jié)基于Modbus TCP及ModSim32模擬軟件介紹數(shù)據(jù)采集與控制功能，并實現(xiàn)電機狀態(tài)監(jiān)控仿真。

3.4.1 遠程數(shù)據(jù)采集

1.模型添加及配置

（1）模型添加及基本信息設(shè)置

添加“電機”“軸承”“繞組”三個模型，并設(shè)置“軸承”和“繞組”為電機的子模型?！半姍C”“軸承”“繞組”的基本信息設(shè)置分別如圖3-2、圖3-3和圖3-4所示。

圖3-2 “電機”基本信息設(shè)置

圖3-3 “軸承”基本信息設(shè)置

圖3-4 “繞組”基本信息設(shè)置

模型基本信息設(shè)置完成后的模型列表如圖3-5所示。

圖3-5 模型基本信息設(shè)置完成后的模型列表

（2）模型設(shè)備配置

由于“電機”為“軸承”和“繞組”的父模型，因此，先分別進行“軸承”和“繞組”設(shè)備配置，最后進行“電機”設(shè)備配置。

1）“軸承”模型設(shè)備配置。“軸承”模型設(shè)備配置中驅(qū)動配置如圖3-6所示，設(shè)備驅(qū)動選擇Modbus/TCP，驅(qū)動配置下設(shè)備IP為服務(wù)器物理IP，端口為502，站號為2，由于有些設(shè)備點表比設(shè)備實際地址小1，勾選“自動化地址”后會自動減1，實現(xiàn)設(shè)備點表和設(shè)備地址一致。

圖3-6 “軸承”模型設(shè)備配置中驅(qū)動配置

添加“X軸振動烈度”“Y軸振動烈度”“軸承溫度”3個數(shù)據(jù)點，“軸承”數(shù)據(jù)點關(guān)鍵信息如圖3-7所示，讀取區(qū)域均為“3”，表示讀取“保持寄存器”；數(shù)據(jù)類型“FloatBE”表示浮點數(shù)，低位在前；寄存器個數(shù)均為2，表示每個數(shù)據(jù)點需2個寄存器存儲數(shù)據(jù)；偏移地址分別為1、3和5分別對應(yīng)3個數(shù)據(jù)點的起始地址；烈度單位為mm/s，小數(shù)位數(shù)2，溫度單位為℃，小數(shù)位數(shù)1。

圖3-7 “軸承”數(shù)據(jù)點關(guān)鍵信息

2）“繞組”模型設(shè)備配置。“繞組”模型設(shè)備配置中驅(qū)動配置如圖3-8所示，不同模型對應(yīng)不同資產(chǎn)，因此站號不同，“繞組”模型站號為3，其余配置同“軸承”模型。

圖3-8 “繞組”模型設(shè)備配置中驅(qū)動配置

添加“A相電壓”“B相電壓”“C相電壓”“A相電流”“B相電流”“C相電流”6個數(shù)據(jù)點，“繞組”數(shù)據(jù)點關(guān)鍵信息如圖3-9所示，讀取區(qū)域均為“3”，表示讀取“保持寄存器”；數(shù)據(jù)類型“FloatBE”表示浮點數(shù)，低位在前；寄存器個數(shù)均為2，表示每個數(shù)據(jù)點需2個寄存器存儲數(shù)據(jù)；偏移地址1、3、5、7、9和11分別對應(yīng)6個數(shù)據(jù)點的起始地址；電壓單位為V，小數(shù)位數(shù)1，電流單位為A，小數(shù)位數(shù)2。

圖3-9 “繞組”數(shù)據(jù)點關(guān)鍵信息

3）“電機”模型設(shè)備配置。“電機”模型設(shè)備配置中驅(qū)動配置如圖3-10所示，站號設(shè)置為1，其余配置同“軸承”模型。

圖3-10 “電機”模型設(shè)備配置中驅(qū)動配置

添加1個“起?！睌?shù)據(jù)點，表示電機起停狀態(tài)，“電機”數(shù)據(jù)點關(guān)鍵信息如圖3-11所示，讀取區(qū)域為“1”，表示讀取“線圈狀態(tài)”；數(shù)據(jù)類型“UInt8”表示無符號整型；寄存器個數(shù)為1，表示該數(shù)據(jù)點需1個寄存器存儲數(shù)據(jù)；偏移地址“1”對應(yīng)該數(shù)據(jù)點的地址；沒有單位和小數(shù)點。

圖3-11 “電機”數(shù)據(jù)點關(guān)鍵信息

在“計算節(jié)點”菜單下勾選“自動繼承子模型數(shù)據(jù)”，以繼承“軸承”模型和“繞組”模型的數(shù)據(jù)點，“電機”計算節(jié)點配置如圖3-12所示。

圖3-12 “電機”計算節(jié)點配置

在“參數(shù)列表”下添加“參數(shù)顯示列”，包括名稱、編號及所有參數(shù)，添加完后的參數(shù)列表如圖3-13所示。

圖3-13 添加完后的參數(shù)列表

2.資產(chǎn)添加及配置

在“電機”模型下添加1個電機資產(chǎn)，名稱“電機1”，編號“DJ01”；在“軸承”模型下添加1個軸承資產(chǎn)，名稱“軸承1”，編號“ZC01”；在“繞組”模型下添加1個繞組資產(chǎn)，名稱“繞組1”，編號“RZ01”。設(shè)置“軸承1”和“繞組1”為“電機1”的子資產(chǎn)，“軸承1”“繞組1”和“電機1”基本信息如圖3-14所示。由于模型中已經(jīng)配置了驅(qū)動及數(shù)據(jù)點，資產(chǎn)無須再配置。

圖3-14 “軸承1”“繞組1”和“電機1”基本信息

3.參數(shù)匯總

為了便于觀察數(shù)，添加電機參數(shù)匯總，如圖3-15所示。

圖3-15 電機參數(shù)匯總

4.ModSim32模擬仿真

（1）ModSim32簡介

Modbus采用主從式通信，日常應(yīng)用較多的是Modbus RTU和Modbus TCP兩種協(xié)議，在開發(fā)過程中需經(jīng)常用到Modbus調(diào)試工具，最常用是ModScan32和ModSim32，ModScan32 用于模擬主設(shè)備，ModSim32用于模擬從設(shè)備。此外，還有Modbus Master和Modbus Slave等。本書采用ModSim32模擬從設(shè)備。

（2）ModSim32通用設(shè)置

ModSim32初始界面如圖3-16所示，有File、Connection、View和Help四個菜單。單擊File→New新建模擬，新建模擬后界面如圖3-17所示，界面中Device Id為站號，默認值1，MODBUS Point Type為數(shù)據(jù)點類型，默認為03即保持寄存器，Address為數(shù)據(jù)點地址，默認值0100，Length為數(shù)據(jù)長度，默認值100。用戶可根據(jù)實際應(yīng)用修改上述參數(shù)。此外，菜單欄增加Display選項，用于設(shè)置顯示數(shù)據(jù)（Show Data）或數(shù)據(jù)流（Show Traffic）以及數(shù)據(jù)格式，數(shù)據(jù)格式包括二進制（Binary）、十進制（Decimal）、十六進制（HEX）、長整型（Long Integer）等，ModSim32將以設(shè)定的數(shù)據(jù)格式進行發(fā)送和接收。

圖3-16 ModSim32初始界面

圖3-17 新建模擬后界面

（3）電機狀態(tài)監(jiān)控中ModSim32的設(shè)置

根據(jù)上述設(shè)置，電機狀態(tài)監(jiān)測中共有三個從站，“電機1”站號為1，有一個無符號整形數(shù)據(jù)點“起?！?；“軸承1”站號為2，有“X軸振動烈度”“Y軸振動烈度”“軸承溫度”3個數(shù)據(jù)點，數(shù)據(jù)類型均為浮點數(shù)，低位在前；“繞組1”站號為3，有三相電壓和三相電流共6個數(shù)據(jù)點，數(shù)據(jù)類型均為浮點數(shù)，低位在前。因此需創(chuàng)建3個模擬對應(yīng)不同的從站，分別如圖3-18、圖3-19和圖3-20所示。雙擊相應(yīng)數(shù)據(jù)點可設(shè)置數(shù)據(jù)值，“繞組1”資產(chǎn)從站模擬中40001數(shù)據(jù)設(shè)置示例如圖3-21所示，Value為設(shè)定值，填入設(shè)定值后單擊“Update”按鈕即可更新數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)支持自動模擬，單擊“Auto Simulation”按鈕彈出自動模擬設(shè)置窗口，勾選“Enable”，填寫完相應(yīng)信息后，單擊“OK”按鈕即可完成自動模擬設(shè)置。本例中除了“起?！保捎米詣幽M。

圖3-18 “電機1”資產(chǎn)從站模擬

圖3-19 “軸承1”資產(chǎn)從站模擬

圖3-20 “繞組1”資產(chǎn)從站模擬

圖3-21 “繞組1”資產(chǎn)從站模擬中40001數(shù)據(jù)設(shè)置示例

（4）電機參數(shù)匯總

ModSim32設(shè)置完成后，打開AIRIOT系統(tǒng)，在系統(tǒng)操作中重新加載Modbus TCP。然后打開前臺“電機參數(shù)匯總”頁面，即可實時查看電機數(shù)據(jù)點，電機參數(shù)匯總數(shù)據(jù)點實時顯示如圖3-22所示。至此，完成一臺電機狀態(tài)監(jiān)控仿真。

圖3-22 電機參數(shù)匯總數(shù)據(jù)點實時顯示

（5）設(shè)備調(diào)試

設(shè)備調(diào)試是AIRIOT的重要功能之一，可以實時查看數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)，打開“儀表調(diào)試”頁面，單擊圖標，勾選要調(diào)試的資產(chǎn)，即可顯示各資產(chǎn)數(shù)據(jù)收發(fā)情況，“儀表調(diào)試”頁面如圖3-23所示?！拜S承”調(diào)試信息示例如圖3-24所示，顯示了兩個采集周期的采集指令及收到的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)解析。

圖3-23 “儀表調(diào)試”頁面

圖3-24 “軸承”調(diào)試信息示例

儀表調(diào)試右上角圖標功能如下。

1）連接狀態(tài)標識：表示設(shè)備是否連接，連接為綠色，否則為灰色。

2）查詢：單擊彈出查詢窗口，輸入信息可查詢。

3）調(diào)試的起動和停止：鼠標懸停，彈出起動和停止狀態(tài)，單擊可切換狀態(tài)。

4）滾動顯示：設(shè)置自動滾動和不滾動（圖標為），默認為滾動狀態(tài)，信息自動滾動，單擊可切換。

5）清除日志：單擊可清除調(diào)試窗口內(nèi)的日志信息。

6）刪除調(diào)試設(shè)備：單擊可刪除當(dāng)前調(diào)試設(shè)備，若要查看，需再次添加。

除上述功能外，儀表調(diào)試還支持數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)解析，選中要轉(zhuǎn)換或解析的數(shù)據(jù)，彈出“進制轉(zhuǎn)換”和“數(shù)值解析”對話框，單擊“進制轉(zhuǎn)換”，可進行十進制、二進制和十六進制之間的轉(zhuǎn)換，單擊“數(shù)值解析”彈出解析下拉列表，選擇相應(yīng)項可進行解析，數(shù)據(jù)解析示例如圖3-25所示。

圖3-25 數(shù)據(jù)解析示例

3.4.2 遠程控制

1.遠程起停控制

AIRIOT可直接控制PLC地址或根據(jù)一定協(xié)議發(fā)送指令實現(xiàn)設(shè)備遠程起?？刂?。下面通過ModbusTCP發(fā)送指令實現(xiàn)電機起停控制。

（1）添加指令選中“電機”模型，單擊“設(shè)備配置”→“指令”下圖標，彈出添加指令窗口，如圖3-26所示，默認名稱為“指令×”，×表示當(dāng)前指令號，如已添加4個指令，則×為5。

1）名稱。一般根據(jù)功能自定義，如起動電機、停止電機、起停電機、轉(zhuǎn)速控制等。

2）添加指令。當(dāng)執(zhí)行的為固定值0和1時，直接添加指令即可，單擊指令右側(cè)圖標，可添加指令。“起動電機1”指令示例如圖3-27所示。

圖3-26 添加指令窗口

圖3-27 “起動電機1”指令示例

①名稱：“起動電機1”，添加1條，即“指令1”。

②寫入?yún)^(qū)域：即指令寫入?yún)^(qū)域，包括線圈狀態(tài)及保存寄存器兩種選擇，用戶根據(jù)設(shè)備的具體信息進行選擇。此處為“線圈狀態(tài)”，

③偏移地址：輸入內(nèi)容為阿拉伯?dāng)?shù)字，不可以為負數(shù)，用戶根據(jù)設(shè)備的具體信息填寫，此處為“1”。

注意：寫入?yún)^(qū)域及偏移地址與“電機1”數(shù)據(jù)點“起?！钡亩x一致時，方可控制“電機1”的起停。

④數(shù)據(jù)類型：指寫入指令的數(shù)據(jù)類型，包括布爾值、數(shù)值以及字符串三種，用戶根據(jù)實際情況進行選擇。電機起停只有兩種狀態(tài)，因此數(shù)據(jù)類型設(shè)置為“【Boolean】布爾型”。

⑤綁定表單項：若需要綁定表單項，要在當(dāng)前輸入框中輸入已經(jīng)添加完成的表單項的名稱，名稱必須與參數(shù)名保持一致。圖3-27中不綁定表單項。

⑥默認寫入值：一般情況先默認寫入值不需要進行特殊設(shè)定，此處“1”表示默認起動電機。

設(shè)置完成后單擊右下角“確定”按鈕，完成指令“起動電機1”的添加。同理，可添加指令“停止電機1”，默認寫入值為“0”，表示停止電機。指令配置完成后“指令”欄如圖3-28所示，在“指令”欄下方出現(xiàn)兩條指令，分別為“起動電機1”和“停止電機1”，單擊下方“保存”按鈕，保存配置。

圖3-28 指令配置完成后的“指令”欄

（2）刪除指令

單擊指令編輯欄右上角圖標，可刪除當(dāng)前指令。

（3）調(diào)試演示

配置完成后，首先單擊“系統(tǒng)維護”→“系統(tǒng)操作”→“Modbus/TCP重新加載”，完成協(xié)議重新加載。然后單擊“系統(tǒng)維護”→“設(shè)備調(diào)試”，打開設(shè)備調(diào)試頁面并添加調(diào)試設(shè)備“DJ01”?！癉J01”調(diào)試界面如圖3-29所示，光標置于“發(fā)送指令”按鈕處，出現(xiàn)“起動電機1”和“停止電機1”兩個按鈕，單擊“起動電機1”按鈕，發(fā)送起動電機1指令，彈出提示“發(fā)送命令成功”，此時“DJ01”調(diào)試界面及ModSim相應(yīng)值均變?yōu)?，表示電機已起動。單擊“起動電機1”按鈕后“DJ01”調(diào)試界面及ModSim相應(yīng)值如圖3-30所示。單擊“停止電機1”按鈕，可停止電機1。

圖3-29 “DJ01”調(diào)試界面

2.電機轉(zhuǎn)速控制

AIRIOT還可直接通過PLC地址或根據(jù)一定協(xié)議發(fā)送指令實現(xiàn)設(shè)備遠程控制。下面通過Modbus TCP發(fā)送指令實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速控制。

圖3-30 單擊“起動電機1”按鈕后“DJ01”調(diào)試界面及ModSim相應(yīng)值

（1）添加轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)點

在“電機1”模型下添加數(shù)據(jù)點“轉(zhuǎn)速”，“轉(zhuǎn)速”數(shù)據(jù)點定義如圖3-31所示。

圖3-31 “轉(zhuǎn)速”數(shù)據(jù)點定義

（2）添加指令

打開添加指令窗口，添加“轉(zhuǎn)速控制1”指令，為了自由設(shè)置轉(zhuǎn)速值，需添加表單項，轉(zhuǎn)速控制指令表單項配置如圖3-32所示。

圖3-32 轉(zhuǎn)速控制指令表單項

1）參數(shù)名。指令調(diào)用時需要的參數(shù)名稱，命名規(guī)則為漢字，參數(shù)名為二次確認對話框中顯示的名稱信息，此處為“轉(zhuǎn)速”。

2）數(shù)據(jù)類型。指表單項寫入設(shè)備的數(shù)據(jù)類型，包括數(shù)值、布爾值、字符串。

3）表單類型。表單類型為限定好的選項，包括默認、日期選擇器、時間選擇器和電子郵件輸入框，用戶根據(jù)自己的需求進行選擇即可，此處為“默認”。

4）選擇項值。選擇項值為阿拉伯?dāng)?shù)字，用于設(shè)定可選的變化值，可根據(jù)實際需要確定是否需要選擇項。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速自由控制，此處不設(shè)定選擇項值。

5）選擇項文字。與設(shè)定的選擇項值的指令中文名稱一一對應(yīng)，當(dāng)添加多個時，指令對應(yīng)可以通過下拉列表進行選擇。

6）默認值。默認值一般不寫或者寫0，為了防止出現(xiàn)事故，默認值一般不寫。

7）縮放比例。數(shù)值輸入及編譯后的縮放數(shù)值比例。

8）數(shù)值定義。與縮放比例配合使用，表示線性放縮的數(shù)值范圍。

“轉(zhuǎn)速控制1”配置完成后“指令”欄如圖3-33所示，在“指令”欄下方出現(xiàn)“轉(zhuǎn)速控制1”，如圖3-34所示，單擊下方“保存”按鈕，保存配置。

圖3-33 “轉(zhuǎn)速控制1”配置完成后的“指令”欄

圖3-34 “指令”欄下方出現(xiàn)“轉(zhuǎn)速控制1”

（3）調(diào)試演示

配置完成后，打開“DJ01”調(diào)試界面，光標置于“發(fā)送指令”按鈕處，出現(xiàn)“起動電機1”“停止電機1”“轉(zhuǎn)速控制1”三個按鈕，單擊“轉(zhuǎn)速控制1”，彈出“命令參數(shù)”窗口，如圖3-35所示，輸入轉(zhuǎn)速值，如1800，單擊“執(zhí)行”按鈕，彈出“發(fā)送命令成功”提示，此時“DJ01”調(diào)試界面及ModSim相應(yīng)值均變?yōu)?800，表示電機轉(zhuǎn)速為1800，實際上這里設(shè)置的電機轉(zhuǎn)速為給定值，電機控制系統(tǒng)接收到給定值之后執(zhí)行相應(yīng)轉(zhuǎn)速控制動作，使電機轉(zhuǎn)速保持在1800。轉(zhuǎn)速設(shè)置為1800后調(diào)試界面及ModSim相應(yīng)值如圖3-36所示。

圖3-35 “命令參數(shù)”窗口

圖3-36 轉(zhuǎn)速設(shè)置為1800后調(diào)試界面及ModSim相應(yīng)值