3.4 基于Modbus TCP的远程数据采集及控制

本节基于Modbus TCP及ModSim32模拟软件介绍数据采集与控制功能，并实现电机状态监控仿真。

3.4.1 远程数据采集

1.模型添加及配置

（1）模型添加及基本信息设置

添加“电机”“轴承”“绕组”三个模型，并设置“轴承”和“绕组”为电机的子模型。“电机”“轴承”“绕组”的基本信息设置分别如图3-2、图3-3和图3-4所示。

图3-2 “电机”基本信息设置

图3-3 “轴承”基本信息设置

图3-4 “绕组”基本信息设置

模型基本信息设置完成后的模型列表如图3-5所示。

图3-5 模型基本信息设置完成后的模型列表

（2）模型设备配置

由于“电机”为“轴承”和“绕组”的父模型，因此，先分别进行“轴承”和“绕组”设备配置，最后进行“电机”设备配置。

1）“轴承”模型设备配置。“轴承”模型设备配置中驱动配置如图3-6所示，设备驱动选择Modbus/TCP，驱动配置下设备IP为服务器物理IP，端口为502，站号为2，由于有些设备点表比设备实际地址小1，勾选“自动化地址”后会自动减1，实现设备点表和设备地址一致。

图3-6 “轴承”模型设备配置中驱动配置

添加“X轴振动烈度”“Y轴振动烈度”“轴承温度”3个数据点，“轴承”数据点关键信息如图3-7所示，读取区域均为“3”，表示读取“保持寄存器”；数据类型“FloatBE”表示浮点数，低位在前；寄存器个数均为2，表示每个数据点需2个寄存器存储数据；偏移地址分别为1、3和5分别对应3个数据点的起始地址；烈度单位为mm/s，小数位数2，温度单位为℃，小数位数1。

图3-7 “轴承”数据点关键信息

2）“绕组”模型设备配置。“绕组”模型设备配置中驱动配置如图3-8所示，不同模型对应不同资产，因此站号不同，“绕组”模型站号为3，其余配置同“轴承”模型。

图3-8 “绕组”模型设备配置中驱动配置

添加“A相电压”“B相电压”“C相电压”“A相电流”“B相电流”“C相电流”6个数据点，“绕组”数据点关键信息如图3-9所示，读取区域均为“3”，表示读取“保持寄存器”；数据类型“FloatBE”表示浮点数，低位在前；寄存器个数均为2，表示每个数据点需2个寄存器存储数据；偏移地址1、3、5、7、9和11分别对应6个数据点的起始地址；电压单位为V，小数位数1，电流单位为A，小数位数2。

图3-9 “绕组”数据点关键信息

3）“电机”模型设备配置。“电机”模型设备配置中驱动配置如图3-10所示，站号设置为1，其余配置同“轴承”模型。

图3-10 “电机”模型设备配置中驱动配置

添加1个“起停”数据点，表示电机起停状态，“电机”数据点关键信息如图3-11所示，读取区域为“1”，表示读取“线圈状态”；数据类型“UInt8”表示无符号整型；寄存器个数为1，表示该数据点需1个寄存器存储数据；偏移地址“1”对应该数据点的地址；没有单位和小数点。

图3-11 “电机”数据点关键信息

在“计算节点”菜单下勾选“自动继承子模型数据”，以继承“轴承”模型和“绕组”模型的数据点，“电机”计算节点配置如图3-12所示。

图3-12 “电机”计算节点配置

在“参数列表”下添加“参数显示列”，包括名称、编号及所有参数，添加完后的参数列表如图3-13所示。

图3-13 添加完后的参数列表

2.资产添加及配置

在“电机”模型下添加1个电机资产，名称“电机1”，编号“DJ01”；在“轴承”模型下添加1个轴承资产，名称“轴承1”，编号“ZC01”；在“绕组”模型下添加1个绕组资产，名称“绕组1”，编号“RZ01”。设置“轴承1”和“绕组1”为“电机1”的子资产，“轴承1”“绕组1”和“电机1”基本信息如图3-14所示。由于模型中已经配置了驱动及数据点，资产无须再配置。

图3-14 “轴承1”“绕组1”和“电机1”基本信息

3.参数汇总

为了便于观察数，添加电机参数汇总，如图3-15所示。

图3-15 电机参数汇总

4.ModSim32模拟仿真

（1）ModSim32简介

Modbus采用主从式通信，日常应用较多的是Modbus RTU和Modbus TCP两种协议，在开发过程中需经常用到Modbus调试工具，最常用是ModScan32和ModSim32，ModScan32 用于模拟主设备，ModSim32用于模拟从设备。此外，还有Modbus Master和Modbus Slave等。本书采用ModSim32模拟从设备。

（2）ModSim32通用设置

ModSim32初始界面如图3-16所示，有File、Connection、View和Help四个菜单。单击File→New新建模拟，新建模拟后界面如图3-17所示，界面中Device Id为站号，默认值1，MODBUS Point Type为数据点类型，默认为03即保持寄存器，Address为数据点地址，默认值0100，Length为数据长度，默认值100。用户可根据实际应用修改上述参数。此外，菜单栏增加Display选项，用于设置显示数据（Show Data）或数据流（Show Traffic）以及数据格式，数据格式包括二进制（Binary）、十进制（Decimal）、十六进制（HEX）、长整型（Long Integer）等，ModSim32将以设定的数据格式进行发送和接收。

图3-16 ModSim32初始界面

图3-17 新建模拟后界面

（3）电机状态监控中ModSim32的设置

根据上述设置，电机状态监测中共有三个从站，“电机1”站号为1，有一个无符号整形数据点“起停”；“轴承1”站号为2，有“X轴振动烈度”“Y轴振动烈度”“轴承温度”3个数据点，数据类型均为浮点数，低位在前；“绕组1”站号为3，有三相电压和三相电流共6个数据点，数据类型均为浮点数，低位在前。因此需创建3个模拟对应不同的从站，分别如图3-18、图3-19和图3-20所示。双击相应数据点可设置数据值，“绕组1”资产从站模拟中40001数据设置示例如图3-21所示，Value为设定值，填入设定值后单击“Update”按钮即可更新数据。数据支持自动模拟，单击“Auto Simulation”按钮弹出自动模拟设置窗口，勾选“Enable”，填写完相应信息后，单击“OK”按钮即可完成自动模拟设置。本例中除了“起停”，均采用自动模拟。

图3-18 “电机1”资产从站模拟

图3-19 “轴承1”资产从站模拟

图3-20 “绕组1”资产从站模拟

图3-21 “绕组1”资产从站模拟中40001数据设置示例

（4）电机参数汇总

ModSim32设置完成后，打开AIRIOT系统，在系统操作中重新加载Modbus TCP。然后打开前台“电机参数汇总”页面，即可实时查看电机数据点，电机参数汇总数据点实时显示如图3-22所示。至此，完成一台电机状态监控仿真。

图3-22 电机参数汇总数据点实时显示

（5）设备调试

设备调试是AIRIOT的重要功能之一，可以实时查看数据收发状态，打开“仪表调试”页面，单击图标，勾选要调试的资产，即可显示各资产数据收发情况，“仪表调试”页面如图3-23所示。“轴承”调试信息示例如图3-24所示，显示了两个采集周期的采集指令及收到的数据和数据解析。

图3-23 “仪表调试”页面

图3-24 “轴承”调试信息示例

仪表调试右上角图标功能如下。

1）连接状态标识：表示设备是否连接，连接为绿色，否则为灰色。

2）查询：单击弹出查询窗口，输入信息可查询。

3）调试的起动和停止：鼠标悬停，弹出起动和停止状态，单击可切换状态。

4）滚动显示：设置自动滚动和不滚动（图标为），默认为滚动状态，信息自动滚动，单击可切换。

5）清除日志：单击可清除调试窗口内的日志信息。

6）删除调试设备：单击可删除当前调试设备，若要查看，需再次添加。

除上述功能外，仪表调试还支持数据转换和数据解析，选中要转换或解析的数据，弹出“进制转换”和“数值解析”对话框，单击“进制转换”，可进行十进制、二进制和十六进制之间的转换，单击“数值解析”弹出解析下拉列表，选择相应项可进行解析，数据解析示例如图3-25所示。

图3-25 数据解析示例

3.4.2 远程控制

1.远程起停控制

AIRIOT可直接控制PLC地址或根据一定协议发送指令实现设备远程起停控制。下面通过ModbusTCP发送指令实现电机起停控制。

（1）添加指令选中“电机”模型，单击“设备配置”→“指令”下图标，弹出添加指令窗口，如图3-26所示，默认名称为“指令×”，×表示当前指令号，如已添加4个指令，则×为5。

1）名称。一般根据功能自定义，如起动电机、停止电机、起停电机、转速控制等。

2）添加指令。当执行的为固定值0和1时，直接添加指令即可，单击指令右侧图标，可添加指令。“起动电机1”指令示例如图3-27所示。

图3-26 添加指令窗口

图3-27 “起动电机1”指令示例

①名称：“起动电机1”，添加1条，即“指令1”。

②写入区域：即指令写入区域，包括线圈状态及保存寄存器两种选择，用户根据设备的具体信息进行选择。此处为“线圈状态”，

③偏移地址：输入内容为阿拉伯数字，不可以为负数，用户根据设备的具体信息填写，此处为“1”。

注意：写入区域及偏移地址与“电机1”数据点“起停”的定义一致时，方可控制“电机1”的起停。

④数据类型：指写入指令的数据类型，包括布尔值、数值以及字符串三种，用户根据实际情况进行选择。电机起停只有两种状态，因此数据类型设置为“【Boolean】布尔型”。

⑤绑定表单项：若需要绑定表单项，要在当前输入框中输入已经添加完成的表单项的名称，名称必须与参数名保持一致。图3-27中不绑定表单项。

⑥默认写入值：一般情况先默认写入值不需要进行特殊设定，此处“1”表示默认起动电机。

设置完成后单击右下角“确定”按钮，完成指令“起动电机1”的添加。同理，可添加指令“停止电机1”，默认写入值为“0”，表示停止电机。指令配置完成后“指令”栏如图3-28所示，在“指令”栏下方出现两条指令，分别为“起动电机1”和“停止电机1”，单击下方“保存”按钮，保存配置。

图3-28 指令配置完成后的“指令”栏

（2）删除指令

单击指令编辑栏右上角图标，可删除当前指令。

（3）调试演示

配置完成后，首先单击“系统维护”→“系统操作”→“Modbus/TCP重新加载”，完成协议重新加载。然后单击“系统维护”→“设备调试”，打开设备调试页面并添加调试设备“DJ01”。“DJ01”调试界面如图3-29所示，光标置于“发送指令”按钮处，出现“起动电机1”和“停止电机1”两个按钮，单击“起动电机1”按钮，发送起动电机1指令，弹出提示“发送命令成功”，此时“DJ01”调试界面及ModSim相应值均变为1，表示电机已起动。单击“起动电机1”按钮后“DJ01”调试界面及ModSim相应值如图3-30所示。单击“停止电机1”按钮，可停止电机1。

图3-29 “DJ01”调试界面

2.电机转速控制

AIRIOT还可直接通过PLC地址或根据一定协议发送指令实现设备远程控制。下面通过Modbus TCP发送指令实现电机转速控制。

图3-30 单击“起动电机1”按钮后“DJ01”调试界面及ModSim相应值

（1）添加转速数据点

在“电机1”模型下添加数据点“转速”，“转速”数据点定义如图3-31所示。

图3-31 “转速”数据点定义

（2）添加指令

打开添加指令窗口，添加“转速控制1”指令，为了自由设置转速值，需添加表单项，转速控制指令表单项配置如图3-32所示。

图3-32 转速控制指令表单项

1）参数名。指令调用时需要的参数名称，命名规则为汉字，参数名为二次确认对话框中显示的名称信息，此处为“转速”。

2）数据类型。指表单项写入设备的数据类型，包括数值、布尔值、字符串。

3）表单类型。表单类型为限定好的选项，包括默认、日期选择器、时间选择器和电子邮件输入框，用户根据自己的需求进行选择即可，此处为“默认”。

4）选择项值。选择项值为阿拉伯数字，用于设定可选的变化值，可根据实际需要确定是否需要选择项。为了实现转速自由控制，此处不设定选择项值。

5）选择项文字。与设定的选择项值的指令中文名称一一对应，当添加多个时，指令对应可以通过下拉列表进行选择。

6）默认值。默认值一般不写或者写0，为了防止出现事故，默认值一般不写。

7）缩放比例。数值输入及编译后的缩放数值比例。

8）数值定义。与缩放比例配合使用，表示线性放缩的数值范围。

“转速控制1”配置完成后“指令”栏如图3-33所示，在“指令”栏下方出现“转速控制1”，如图3-34所示，单击下方“保存”按钮，保存配置。

图3-33 “转速控制1”配置完成后的“指令”栏

图3-34 “指令”栏下方出现“转速控制1”

（3）调试演示

配置完成后，打开“DJ01”调试界面，光标置于“发送指令”按钮处，出现“起动电机1”“停止电机1”“转速控制1”三个按钮，单击“转速控制1”，弹出“命令参数”窗口，如图3-35所示，输入转速值，如1800，单击“执行”按钮，弹出“发送命令成功”提示，此时“DJ01”调试界面及ModSim相应值均变为1800，表示电机转速为1800，实际上这里设置的电机转速为给定值，电机控制系统接收到给定值之后执行相应转速控制动作，使电机转速保持在1800。转速设置为1800后调试界面及ModSim相应值如图3-36所示。

图3-35 “命令参数”窗口

图3-36 转速设置为1800后调试界面及ModSim相应值