基于Modbus通信智能樓宇監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

徐宇明

(廣東韶鋼普萊克斯實(shí)用氣體有限公司，廣東韶關(guān) 512123)

0 引言

隨著控制技術(shù)向網(wǎng)絡(luò)化、智能化和開(kāi)放式發(fā)展，目前居民小區(qū)的電梯和供電及照明等智能設(shè)備的控制監(jiān)督管理系統(tǒng)逐漸暴露出其許多不足，主要表現(xiàn)為設(shè)備靠群眾監(jiān)督舉報(bào)，造成居民公共設(shè)備設(shè)施維修維護(hù)不及時(shí)，帶來(lái)了居民生活的諸多不便。

筆者介紹的電梯和供電及照明的智能監(jiān)控系統(tǒng)，利用國(guó)際上廣泛使用的Modbus通信，PLC可以通過(guò)DDC模塊等遠(yuǎn)程終端設(shè)備實(shí)時(shí)采集電梯、照明等現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)執(zhí)行智能控制，同時(shí)利用目前國(guó)內(nèi)通用組態(tài)王監(jiān)控組態(tài)軟件在PC機(jī)上建立人機(jī)界面，除了可以對(duì)遠(yuǎn)程的電梯、照明等設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)督，還可以實(shí)現(xiàn)控制室內(nèi)對(duì)其自動(dòng)手動(dòng)控制及設(shè)備故障應(yīng)急處理等。

1 電梯和供電及照明控制網(wǎng)絡(luò)的總體框架

電梯和供電及照明控制網(wǎng)絡(luò)采用了 TC/ⅠP和Modbus兩種通信協(xié)議。TC/ⅠP協(xié)議用于 PC機(jī)與N80PLC之間的通信，在PC機(jī)利用組態(tài)王軟件編寫人機(jī)界面，對(duì)總體系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控;Modbus協(xié)議用于N80PLC與遠(yuǎn)程的各個(gè)智能設(shè)備之間的通信，在N80中編寫通信程序及相應(yīng)功能程序后可對(duì)系統(tǒng)中個(gè)功能模塊的參數(shù)進(jìn)行采集分析與控制。其總體架構(gòu)［1］如圖1所示。

Modbus是國(guó)際上通用的串行通信協(xié)議，其功能完善、使用簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)易于處理，因而在PLC、智能儀表等各種智能設(shè)備中被廣泛采用。Modbus尤其適用于小型控制系統(tǒng)或單機(jī)控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)低成本、高性能的主從式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控［2］。

2 N80與PC通訊設(shè)置

在N80PLC編程軟件VLadder中進(jìn)行計(jì)算機(jī)通信設(shè)置，要確保當(dāng)前用戶所使用的計(jì)算機(jī)與N80PLC具有相互匹配的通信參數(shù).通信方式可以選擇串口、以太網(wǎng)和DTU無(wú)線通信三種方式，該設(shè)計(jì)選擇以太網(wǎng)通信方式，通信設(shè)置如圖2所示。

圖1 電梯和供電及照明控制網(wǎng)絡(luò)的總體框架

圖2 N80與PC的通信設(shè)置

單擊“以太網(wǎng)”單選按鈕。然后在“控制器”菜單中點(diǎn)擊“刷新ⅠP地址配置表查詢PLC的ⅠP地址，在“將要連接的PLC的ⅠP地址”處，填寫PLC的ⅠP地址。最后設(shè)置完成后請(qǐng)點(diǎn)擊“確定”按鈕。

3 N80系列PLC的Modbus通信參數(shù)設(shè)置

如圖3所示，在該通信協(xié)議中，設(shè)置了N80系列PLC的站地址、串口波特率、奇偶校驗(yàn)位及停止位。此程序中，參數(shù)的設(shè)定值保持在以40300為首地址的寄存器中，依次設(shè)置了站地址為 2，波特率為19200bit/s，無(wú)校驗(yàn)，停止位為1位。

圖3 N80PLC通信參數(shù)設(shè)置程序塊

3.1 N80與RTU(1)YD2020的通信

如圖4所示，N80從YD2020從站讀取40個(gè)數(shù)據(jù)，N80主站的首地址為40410，YD2020從站的首地址為 40001。YD2020是電壓(電流)采集設(shè)備，N80PLC中的地址變量通過(guò)Modbus通信分別從YD2020中獲取數(shù)據(jù)，詳見(jiàn)表1所示。將獲得的過(guò)/欠電壓賦值給中間寄存器，再將中間寄存器與所采集數(shù)值作出比較從而選擇輸出不同的線圈，起到阻止或者允許三相用戶接入電路的作用，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)中的過(guò)/欠壓保護(hù)。

圖4 N80與YD2020的通信程序塊

表1 N80地址與YD2020數(shù)據(jù)對(duì)照表

3.2 N80與RTU(2)電梯控制DDC模塊的通信

如圖5所示，N80從RTU(2)DDC從站讀取16個(gè)位數(shù)據(jù)，N80主站的首地址為00110，這16個(gè)位的狀態(tài)依次由RTU(2)從站DⅠ-0到DⅠ-15的16個(gè)端子信號(hào)的狀態(tài)決定。在N80中通過(guò)編寫功能控制程序，利用N80采集到的電梯現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)電梯系統(tǒng)中樓層顯示、上下行顯示及其報(bào)警等監(jiān)控功能。

圖5 N80與RTU(2)DDC模塊通信程序塊

3.3 N80與RTU(3)智能照明控制DDC模塊的通信

如圖6所示，N80從RTU(3)DDC從站讀取8個(gè)位數(shù)據(jù)，N80主站的首地址為00130，這8個(gè)位的狀態(tài)依次由RTU(3)從站 DⅠ-0到 DⅠ-7的8個(gè)端子信號(hào)的狀態(tài)決定，從站的首地址為10001。如圖7所示，N80針對(duì)RTU(3)DDC從站寫入16個(gè)位數(shù)據(jù)，N80主站的首地址為00220，從站的首地址為00017。N80PLC與RTU(3)DDC通過(guò)Modbus進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換，編寫N80控制程序，可以完成室內(nèi)燈光紅外線傳感器控制點(diǎn)亮、室外燈光光照度傳感器控制點(diǎn)亮、航空照明燈按時(shí)間段控制點(diǎn)亮等智能照明控制任務(wù)。

圖6 N80與RTU(3)DDC模塊通信程序塊1

圖7 N80與RTU(3)DDC模塊通信程序塊2

3.4 N80變量與PC機(jī)組態(tài)王變量地址編號(hào)對(duì)接的處理

本系統(tǒng)中，N80采集數(shù)據(jù)必須提供給組態(tài)王軟件進(jìn)行分析與控制，由于組態(tài)王軟件通過(guò)PC機(jī)對(duì)下位機(jī)(N80)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，寄存器編號(hào)有偏差(即組態(tài)王軟件DⅠ量計(jì)數(shù)從0號(hào)地址開(kāi)始，若采集200號(hào)數(shù)據(jù)，實(shí)際往下順延了201個(gè)數(shù)據(jù)位置，而設(shè)備N80中計(jì)數(shù)從1號(hào)開(kāi)始，須給上位機(jī)(PC組態(tài)王)提供相同地址編號(hào)號(hào)數(shù)據(jù)，實(shí)際已經(jīng)順延201個(gè)數(shù)據(jù)位)，則需要對(duì)N80程序存儲(chǔ)單元再作偏移，其中有表1所述幾個(gè)特殊寄存器。55AA為十六進(jìn)制數(shù)，是偏移功能使能功能碼，DⅠ量偏移1位時(shí)組態(tài)王數(shù)據(jù)可正常采集。N80變量與PC機(jī)組態(tài)王變量地址編號(hào)對(duì)接處理程序如圖8所示。

表2 針對(duì)N80存儲(chǔ)單元偏移的特殊寄存器

圖8 N80與組態(tài)王變量地址編號(hào)對(duì)接處理程序

4 組態(tài)王工程創(chuàng)建與通訊參數(shù)設(shè)置

完成N80硬件連接、軟件設(shè)置與程序編寫后，進(jìn)行組態(tài)王軟件的工程創(chuàng)建與通訊參數(shù)設(shè)置，首先，打開(kāi)組態(tài)王主界面，創(chuàng)建新的通訊工程，設(shè)置安裝路徑與新的工程名完成新建工程后，進(jìn)入工程編輯界面，在左側(cè)菜單欄中，新建連接設(shè)備，連接設(shè)備參數(shù)設(shè)置，選擇莫迪康，通訊模式使用ModbusTCP，再設(shè)置通訊參數(shù)，COM口選擇硬件本地COM口之外的COM口編號(hào)，本例中選擇COM7，地址與N80設(shè)備一致，格式為 192.168.1.110:502(空格)1，完成設(shè)備通訊參數(shù)設(shè)置。在工程中新建數(shù)據(jù)詞典，完成組態(tài)王數(shù)據(jù)與N80設(shè)備數(shù)據(jù)之間的通訊交換，在新定義變量中，設(shè)置變量名、連接設(shè)備、數(shù)據(jù)類型和讀寫屬性等，數(shù)據(jù)類型與讀寫屬性參照N80寄存器與線圈的位置分配，其中，需要注意的是，在本系統(tǒng)中，N80采集的DⅠ與DⅠ量傳輸?shù)浇M態(tài)王軟件中時(shí)，位置需要往前偏移1位。完成所需數(shù)據(jù)變量定義后，新建畫面，并將所需要使用的變量與對(duì)應(yīng)的圖片相關(guān)聯(lián)。如圖9，這是組態(tài)王監(jiān)控畫面中的一個(gè)畫面——電梯控制畫面。

圖9 電梯系統(tǒng)組態(tài)王畫面

5 結(jié)語(yǔ)

基于Modbus和TC/ⅠP通信協(xié)議電梯和供電及照明的智能監(jiān)控系統(tǒng)，現(xiàn)已通過(guò)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行成功。需要指明的是，本文所詳述了電梯和供電及照明的智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及如何利用PLC通信程序?qū)崿F(xiàn)PLC與遠(yuǎn)程終端設(shè)備之間通信，這種智能樓宇監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法同樣適用于其它領(lǐng)域智能監(jiān)控系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步編寫控制從站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的PLC應(yīng)用程序，完善整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)。

［1］ 安 靜.全自動(dòng)拋光機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械研究與應(yīng)用，2013，128(6):137-139.

［2］ 郭 瓊，姚曉寧，等.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2013.