基于Modbus的空压机多控制器监控功能的实现

（柳州工学院，广西柳州 545600）

1 引言

在现代工业，空压机作为除电力之外的第二大动力源，其应用非常广泛。但对于大型工厂用户，特别是设备分布零散的工厂，需要较高的设备管理水平和较多的资源。监控组态软件的出现，可以将众多设备，集中收集其运行状态至控制室，进行统一监控，这大大地提升了设备监控的效率，通过监控软件，操作人员可以及时发现故障设备，并指引维护人员进行故障处理和设备修复，大大地提升了工厂运营效率。

对于同一个设备用户来说，所使用的空压机可能不是同一厂商供应的；即使是同一厂商供应的空压机，如果是不同型号的也可能使用不同的控制器，这使得如何统一监控这些空压机设备，变得异常困难，迫切需要设计一种监控方式能方便实现对用户现场的空压机设备进行统一监控。

目前各大厂商的空压机设备如美国寿力品牌主要用MCC、SCN、SMC、EC2000等型号的控制器，其输入输出信息端口定义虽然不太一样，但基本都具备Modbus通信端口，可以让设备与外界进行通信。本文将分析主要控制器和通信协议，研究开发一种空压机多种控制器统一监控方式，包括硬件连接通信和软件编写等方面，以实现用户的监控需求。

2 监控工具准备及调试

2.1 通信工具

为了实现与控制器的连接通信，需要一个RS585转RJ45的串口转换器。此串口转换器输入端是RS485接口，利用双绞线能与控制器上的485通信端口（即Modbus端口）相连接；其输出端是RJ45接口，连接计算机的网络通信口，进行数据传输。

串口转换器一般都配套有相应的驱动和配置软件，按照其操作说明书完成其驱动及相应配置软件的安装。以一款型号为BT-2000RS串口服务器为例，其基本配置如下：

（1）打开其配置软件如NetModuleConfig_BJTDHJ.exe，检查适配器/网卡选择是否下确，然后点击“搜索设备”按钮，等待10 s，双击搜索到的串口转换器IP地址，在基础设置框设置串口转换器的IP地址。注意：计算机的IP地址需与串口转换器IP地址在同一网段内。

（2）设置串口转换器网络模式、端口号以及串口参数，配置完成点击“配置设备参数”按钮，串口转换器自动重启。注意：要根据通信方式勾选相应的端口，这里使用RS485通信方式因此勾选“启用端口2”。

2.2 硬件连接通信

监控硬件连接包括多个控制器、串口转换器和计算机，在计算机中安装有易控（INSPEC）监控组态软件，其连接示意图如图1所示。

2.2.1 Modbus 调试工具

提前准备好Modbus 调试工具MODSCAN32，modscan32是一个运行在windows下，作为在RTU或ASCII传输模式下的Modbus协议主设备的连接测试程序。利用modscan32可以测试计算机与控制器的连接通信情况。以EC2000型号的控制器为例，连接调试方法如下：

（1）打开MODSCAN32工具，按照EC2000的通信参数：波特率=9600、数据位=8、停止位=1、校验=偶、流控制=无、串口=COM 2，设置好主要通信参数。

（2）设置通信设备EC2000的ID、每次读取寄存器数，选择读取的寄存器类型为03 holding register。

（3）通信正常时，则在页面中显示控制器EC2000中的参数。

注意：请检查EC2000控制器的通信模式，是否为从机，若为广播模式，则无法正常通信监测。

3 实施方案及步骤

3.1 易控监控组态软件

易控（INSPEC）是完全基于.NET平台开发的新一代组态软件，实现大量最新IT技术和设计理念（如WPF、WCF、XAML、SOA、SaaS、Webservices）在自动化软件领域的同步应用，引领了新一代组态软件的技术趋势。软件基于分布式和开放式架构设计，稳定可靠，其无与伦比的图形系统、多语言和C#用户程序等众多功能给客户带来人机体验的卓越提升，帮助提高效率，轻松实现工厂自动化和信息化的融合。

从易控官网下载INSPEC组态软件，按软件操作说明完成其安装。

3.2 监控程序设计

（1）打开易控组态软件，新建一个工程。

点击文件/新建工程，在弹出的对话框中输入工程名称，存放地址为默认，点击“确认”按钮生成新工程项目，双击窗口中的工程名即可打开此工程进行具体设计。

（2）配置串口。在“工程”栏中“IO通信/新建（N）”上右键选择“新建”，弹出新建“IO通信”对话框，进行设置要与计算机通信的设备信息。在对话框中通道名称默认为“串口1”，通道类型选择“串口”。

（a）点击对话框中“下一步”，进行“第二步配置通道”操作。协议类型选择“RS422/RS485（M）”，在参数设置中端口号选择“COM2”即串口转换器连接计算机后虚拟成的串口号。其它要按照当前连接的EC2000控制器相关通信参数进行设置，波特率选择“9600”，校验位选择“偶校验”，流控制选择“无”，数据位选择“8”，停止位选择“1”。

（b）点击对话框中“下一步”，进行“第三步选择RS485设备”操作。在对话框中选择与计算机通信的RS485设备类型，当前是EC2000控制器它是Modbus-RTU协议，因此选择“PLC/施耐德/Modbus”，在设备名称中输入自定义名称如EC2000。

（3）设置完成后点击对话框中“完成”按钮，在工程栏的“IO通信”下的串口1中显示相应的连接设备如EC2000。重复以上操作，可以创建多个要连接的控制器设备。

（4）创建控制器设备中寄存器数据地址行，这些地址行即需要读取展示的数据信息。由于不同控制器的通信协议内容不同，其传送的信息代码中每一段地址所代表的意义也相应不同，因此需要根据具体设备的通信协议进行相应设置。对于EC2000控制器的设置方法如下。

（a）在工程窗口的串口1下双击“EC2000”设备，弹出其寄存器数据地址行，然后右键选择“新建”命令，在“寄存器类型”选择“Holding register”，“起始地址”为1，“单元长度”为1，“数据类型”为整型，“读写方式”为只读，“数据变量”暂时为空，其它默认。

（b）同样的方法，分别创建其它要读取的地址行，注意起始地址、单元长度、数据类型等要根据其协议内容相应填写。

（c）部分地址行数据创建。

（5）创建参数变量。变量是程序中储存从控制器设备寄存器中读取到的数据，每一个寄存器地址行都需要定义一个不同变量，且其类型要一致，名称尽量直观方便识别。

由于不同控制器的寄存器地址数据不同，为了区分不同控制器，需要先创建相应的变量组，在新建相应的变量，如对应EC2000控制器的变量组命名为EC_1。然后在变量组中再创建相应的变量。

（6）变量创建后，需要与设备寄存器地址行进行关联，才能存储显示相应的数据，以便在程序中引用到。双击工程窗口中的某个控制器设备，显示出寄存器地址列表，点击相应地址行的“数据库变量”列按钮，弹出“变量浏览器”窗口，选择对应变量组中的变量，分别将其关联好。

（7）对已经完成变量关联的寄存器地址，可以测试读取控制器设备中的参数，将显示在“当前值”列中；可对照该控制器的通信协议文件，检查判断各参数是否显示正确。

3.3 前端界面设计

监控前端界面用于展示控制器中寄存器地址数据、报警提示信息和操作按钮，其中地址数据要增加中文名称辨识，直观展示。在界面中分别设计相应控制器如EC2000、MCC的显示信息，并设计好相应标签、文本框或单选框，再进行各参数变量的关联设置。

（1）设置文本框的关联变量参数。点击要设置的文本框，在右下角属性和动画窗口，选择“显示值”，在引出窗口中点击“…”后弹出变量选择窗口，选择相应控制器变量值下的变量参数，将其关联显示在此文本框中。按此方法，依次设置其它文本框的关联变量参数。

（2）报警类的开关量关联：关联方法与模拟参数的关联相似，不同的是，需设定相应报警位值为无穷大、0（False）和1（True）时相应的显示状态，以区分正常状态和报警状态。

（3）计算机控制操作的关联：如果要通过计算机来控制设备启动、卸载、加载或停止等操作，需要改变该控制器中相应寄存器地址的值来实现。

例如对于启动操作，其对应寄存器地址为A10，需要通过程序改变此地址的值为1；对于停止、卸载或加载操作，则相应改变其数值。

3.4 设备监控情况

按照以上步骤进行监控程序、前端界面设计，各变量参数、控制信号的关联设置，即完成整个工程的设计。点击工具栏的“编译”按钮，对该工程进行编译，在编译过程中可能会有错误或警告，按照提示检查修改好。编译完成后，点击工具栏中的“运行”按键，进行控制器设备的监控联机。

4 结论

以上方法可以实现这两款空压机控制器在计算机系统中进行统一监控，并进行联机操作控制。联机监控后能够实时读取到控制器中的数据，数据传输快捷稳定，能够满足日常监控需求。按照以上方法可以实现各种带有Modbus通信接口的空压机控制器的监控需求，这些控制器可以是不同厂商、不同型号的，均可以在此系统中进行统一监控。

当前硬件连接通信是通过有线形式，进一步扩展后可以实现无线连接通信，更加方便地实现对用户现场空压机设备的统一监控需求，实时获取被监控设备的运行状态及数据。