基于MODBUS協議的電源監控系統設計與實現

陳春燕

（武漢軟件工程職業學院，湖北 武漢 430205）

1 系統功能分析

能量反饋電源需要指定光的頻率和出光波形。在一些不適合使用工控機的工業應用現場，為了實現對電源的控制，需要設計使用觸摸屏的監控系統，便于對電源輸出電流進行控制。因此，需要在觸摸屏上完成電源信息顯示、報警顯示、輸出電流大小、頻率、峰值的設置和輸出電流曲線顯示。

能量反饋電源監控系統由MCGS觸摸屏和電源控制板組成，控制板和觸摸屏之間通過RS232串口進行連接，選用工業標準協議MODBUS協議進行通信。系統組成結構如圖1所示。

圖1 監控系統組成結構圖

2 通信協議設計

MODBUS協議有ASCII和RTU兩種傳輸模式[1]，本系統選擇RTU傳輸模式，以提升數據的傳輸效率和處理效率。

根據系統中的功能需求和MODBUS協議中的功能碼（如表1所示）定義，選用0x03和0x06兩個功能碼完成信息顯示和參數設置功能[2]。

表1 MODBUS協議功能碼

MODBUS協議規定了控制器可以識別的一種消息結構[3]，如圖2所示。

圖2 MODBUS協議消息結構

依據選定的功能碼，系統中需要使用讀取信息幀和設置信息幀。

2.1 讀取信息幀——功能碼0x03

該命令由主控制器（系統中為MCGS觸摸屏）發出，可以讀取從控制器（電源控制板）單個或者多個保持寄存器的內容和從控制器返回主控制器查詢的寄存器內容。

主控制器發送幀格式如圖3所示。

圖3 讀取命令中主控制器發送幀格式

從控制器響應幀格式如圖4所示。

圖4 讀取命令中從控制器響應幀格式

響應信息幀中的數據長度占用“返回字節數”規定的字節長度，是發送信息中指定的連續寄存器內的內容。

2.2 設置信息幀——功能碼0x06

該命令由主控制器（本系統中為MCGS觸摸屏）發出，只能設置從控制器（電源控制板）單個寄存器的值。

主控制器發送幀和從控制器響應幀格式相同，如圖5所示。

圖5 設置命令中幀格式

3 監控系統設計

3.1 顯示界面設計

組態監控監控界面顯示當前的電流、頻率、幅值信息以及曲線繪制[4]，設計界面圖6所示。

圖6 監控界面設計

3.2 設備連接

MCGS支持標準的MODBUSRTU協議，在設備窗口中新增ModbusRTU設備即可。

3.3 讀取與設置功能

設置界面中輸入框的數據來源為“根據采集信息生成”，讀寫類型設置為“讀寫”，即可完成信息的讀取和顯示，設置內容如圖7所示。

3.4 曲線顯示

監控界面需要顯示電流隨時間的變化曲線，在系統上電后可以讀取和顯示斷電前的電流曲線。用戶可以根據需要設置新的電流曲線，該曲線的顯示要使用“相對時鐘趨勢曲線”。在實時曲線設置中需要選擇時鐘變量和曲線顯示變量。在腳本中調用函數“AddXYData”，進行曲線的點和連線的繪制。繪制的曲線和電流設置值如圖8所示。

圖7 MCGS組態軟件中數據量屬性設置

圖8 電流波形圖顯示界面

3.5 報警顯示

在組態監控界面，對幅值、頻率、時間和百分比的可設置范圍進行判斷，并顯示和保存電源控制板上傳的報警信息。

4 結 論

本文實現了基于Modbus協議的電源監控系統設計，使用MCGS觸摸屏設計監控顯示界面，觸摸屏和電源控制板之間通過ModbusRTU協議進行信息交互和數據交換。在界面設計中，獲取信息的顯示和相關參數的設置由同一輸入框完成，界面設計簡潔，操作方便。電流曲線的顯示采用相對時鐘繪制，顯示電流和時間的對應關系，易于觀察和記錄。