Python在智能IO模塊上的應用

萬偉軍

（江蘇聯合職業技術學院 無錫機電分院，江蘇 無錫 214000）

0 引 言

目前，工業網絡通信程序多采用C#編寫，以實現上位機與智能模塊建立的通信。Python語言具備簡單易懂的編寫模式和功能齊全的擴展庫，易于實現工業網絡通信程序的編寫。

1 智能IO模塊的介紹

智能IO模塊采用意法半導體公司的STM32F407為控制核心，可實現16位輸入信號采集和7位輸出控制。輸入/輸出電路采用EL357NC進行信號隔離，以保證模塊工作穩定。同時，智能IO模塊采用MAX1487芯片實現串口通信，通過ARM程序實現主從設備間的RS485通信。該智能模塊可代替PLC的基本功能，通過內部ARM較靈活的程序開發功能實現設備的智能化，并降低設備制造成本。

2 Python控制程序的編寫

Python語言具有功能強大的第三方開發的庫文件，可實現網絡通信、界面顯示等功能。Python功能庫中可實現的Modbus通信協議有Modbus_tk、Pymodbus及Minimalmodbus。本文使用Modbus_tk庫實現上位機與智能模塊間的數據交換[1]。

2.1 Modbus_tk庫中的函數分析

Modbus_tk庫是一個全功能Modbus的Python擴展庫，通過調用內部函數實現Modbus通信。Python的Modbus_tk庫函數與Modbus協議部分功能碼之間的對應關系，如表1所示。

通信本質上，Modbus是一種串口通信，主從設備間進行通信前必須建立鏈接。使用Modbus_tk庫文件建立通信關系的程序，如下：

def connect():

logger=modbus_tk.utils.create_logger( "console ")

master=modbus_rtu.RtuMaster(serial.Serial(port= "C OM3 ",baudrate=19200,bytesize=8,parity= "N ",stopbits=1,xo nxoff=0))

master.set_timeout(5.0)

表1 Modbus功能碼與Python的Modbus_tk庫函數對照表

master.set_verbose(True)

logger.info( "connected ")

此程序中，通過modbus_rtu.RtuMaster（）函數設定了串口、波特率及字節長度等。執行此程序，主從設備之間建立了通信關系，后續程序只需調用功能函數就能實現對應功能[2]。

2.2 輸入信號檢測與顯示程序舉例

為實現輸入信號的顯示與輸出控制，可使用Python的tkinter進行GUI開發。為實現輸入信號顯示與標簽，可使用Label控件。程序如下：

photo_r=PhotoImage(f i le= "r.gif ")

photo_y=PhotoImage(f i le= "y.gif ") #加載顯示圖片

lab0=Label(root,text= "X0 ")

lab0.place(x=10,y=10) #創建X0標簽文字

label_x0=Label(root,image=photo_y)

label_x0.place(x=10,y=30) #X0無輸入時，顯示黃色指示燈

def input_x(): #輸入檢測與顯示程序函數input_x()

connect() #使用connect()函數建立主從設備通信鏈接

logger.info(master.execute(1,cst.READ_DISCRETE_INPUTS,0,16))

in_x=master.execute(1,cst.READ_DISCRETE_INPUTS,0,16)

If in_x[0]==1: #判斷X0是否有輸入，有輸入顯示紅燈，沒輸入顯示黃燈

label_x0.conf i g(imag=photo_r) #顯示紅燈

else:

label_x0.conf i g(imag=photo_y) #顯示黃燈

在master.execute(1,cst.READ_DISCRETE_INPUTS,0,16)語句中，master.execute（）函數內部參數的具體含義，如圖1所示。

圖1 master.execute（）函數內部參數的具體含義

模塊地址由每個智能IO模塊的內部ARM設定。本功能指令是讀取Modbus離散輸入量，讀取地址從0開始，共讀取16位數據。為保證實時讀取輸入數據，程序必須間隔一定時間執行input_x（）函數。函數調用可采用多線程定時方式，也可使用Python的APScheduler定時任務框架。

2.3 輸出控制程序舉例

為實現交互界面，輸出控制程序可采用tkinter的Checkbutton控件。控制程序如下：

global y0

y0=IntVar() #創建變量y0

def y_out(): #輸處控制程序函數y_out()

connect() #使用connect()函數建立主從設備通信鏈接

logger.info(master.execute(1,cst.WRITE_SINGLE_COIL,0, output_value=y0.get())

#創建復選按鈕ck，并設定其屬性，y0變量存儲復選按鈕設定值，同時調用y_out函數

ck=Checkbutton(text= "y0 ",variable=y0,command=y_out)

ck.place(x=10,y=120)

在logger.info(master.execute(1,cst.WRITE_SINGLE_COIL,0,output_value=y0.get()))語 句 中，master.execute（）函數內部參數的具體含義，如圖2所示。

圖2 master.execute（）函數內部參數的具體含義圖

模塊地址由每個智能IO模塊的內部ARM設定。本功能指令是執行Modbus內部單線圈狀態設定功能。單線圈地址確定了智能IO模塊的輸出口位置，即y0口。單線圈狀態值由復選按鈕設定值決定。復選按鈕被選中，設定值為1；復選按鈕未被選中，設定值為0。執行此程序，當Python編寫的GUI界面中的復選按鈕被選中時，智能IO模塊的y0口導通[3]。

3 結 論

本文采用Python的Modbus_tk庫實現智能IO模塊與上位機之間的數據通信，語言簡潔易懂，且Python擴展庫功能強大，可簡單實現各種工業控制功能。