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模塊進行通訊，對PLC中變量進行讀取，并存入SQLServer數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對設備的實時監(jiān)控。

關鍵詞：Modbus；VB； SQLServer；PLC

在現(xiàn)代工業(yè)中使用PLC設備進行分散化控制，上位機監(jiān)控軟件提供圖形界面并對下位設備進行數(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)議以標準、開放等優(yōu)點廣泛應用于工業(yè)通訊當中，本文基于西門子的CP341模塊作為Modbus從站，使用Visual Basic語言進行編程，在上位計算機中采集、存儲PLC中狀態(tài)變量，實現(xiàn)對設備的實時監(jiān)控。

1.Modbus協(xié)議

一個Modbus通訊數(shù)據(jù)幀由若干個字節(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、錯誤校驗（16位CRC校驗）

地址域長度為1個字節(jié)，表示從站的地址。功能碼是數(shù)據(jù)幀中傳送的第二個字節(jié)，不同的功能碼對應數(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、寫單個線圈、寫單個輸入狀態(tài)、寫多個線圈、寫多個保持寄存器[1]。數(shù)據(jù)幀最后兩個字節(jié)是CRC錯誤校驗域。

若需要讀取05從站以00 00為起始地址的兩個REAL型數(shù)據(jù)：3.4和8.9，則主站發(fā)送的報文：05 03 00 00 00 04 C5 8F，從站返回報文：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)

本文涉及與計算機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，安裝驅動軟件CP_PTP_PARAM和Modbus-Slave318，然后才能在Step7中對CP341進行組態(tài)。

設置模塊時必須與計算機確認設置的內(nèi)容：從站地址、波特率、數(shù)據(jù)位停止位，校驗位。CP341模塊的參數(shù)應按確認后的內(nèi)容進行配置，波特率通常設為9600即可。本文中通訊參數(shù)設置為9600， 8， 1， n，從站地址為5。

傳輸DINT、REAL數(shù)據(jù)時，應設置FC 03，06，16選項卡，并建立一個DB塊存儲待傳數(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驅動。

2.2PLC編程

在Step7中打開 “zXX21_05_PtP_Com_MODSL”項目，將Modbus通訊程序OB100、FB7、FB8、FB80、DB80復制到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。建立與計算機通訊用的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的值應始終為1，其余變量根據(jù)需要進行分配。

3.Visual Basic編程實現(xiàn)

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

軟件通過串口發(fā)送查詢數(shù)據(jù)幀，對PLC返回的數(shù)據(jù)分解、顯示，PLC返回的內(nèi)容包括各開關狀態(tài)、元件狀態(tài)、運行速度、運行負荷等。從通訊內(nèi)容來說，包括開關量、模擬量，其中開關量均打包為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，在軟件啟動時，程序調(diào)用API函數(shù)自動從配置文件中讀取設置的控件屬性參數(shù)，在控件的CommEvent事件中編寫響應程序。

使用Timer控件按照要求的周期發(fā)送報文。主站發(fā)出的查詢報文為05 03 00 00 00 24 44 55（十六進制），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個字節(jié)開始，每4個字節(jié)為一個數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)幀中的DINT型變量按位進行分解，與相應的開關量對應顯示，浮點數(shù)轉換為小數(shù)并顯示在界面上。

3.2數(shù)據(jù)管理

為及時記錄設備運行狀態(tài)，分析設備使用情況，軟件將打包傳輸?shù)臄?shù)據(jù)存儲在SQLServer數(shù)據(jù)庫中，以備日后查詢，存儲數(shù)據(jù)的過程根據(jù)MSComm.CommEvent事件觸發(fā)。VB應用程序開發(fā)中，可以通過ADO對微軟所支持的數(shù)據(jù)庫進行操作。

在數(shù)據(jù)庫中建立存儲表，建立不少于傳輸內(nèi)容的字段，分別存儲各開關量數(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SQLServer進行操作。

Set Cnn = New ADODB.Connection

Cnn.Open strCnn

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

需要讀取存儲信息時，可使用SQL查詢語句讀取相應字段進行數(shù)據(jù)轉換和位處理即可，本文不再贅述。4 結論

本文實現(xiàn)了在Modbus通訊的條件下，使用Visual Basic編程實現(xiàn)了在計算機上讀取PLC中少量數(shù)據(jù)，并存儲入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，可以不必在計算機上安裝其他專業(yè)的工業(yè)控制軟件就能夠滿足需求，只安裝相應的控件補丁和硬件驅動即可。本文所實現(xiàn)的功能降低了監(jiān)控軟件對計算機性能的要求，也使得部署程序更加簡便。

參考文獻：

[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主要技術的實驗系統(tǒng)[J].電子器件，2009 32（4）：833-839.