基于Modbus协议的实时温度监控系统开发

发布日期:2008-05-28 作者:文小玲 易先军 钟晓霞 来源:微计算机信息

摘要：本文介绍了在Visual Basic6.0平台下，基于Modbus协议的温度实时监控软件的设计与实

现。设计的软件经实验装置检验，可以满足设备实时监控要求。

关键词：Visual Basic6.0；实时监控；Modbus协议

1 引言

Modbus是Modicon公司为PLC与主机之间的通信而发明的串行通信协议，它的使用非常方便、灵

活，因其开放性而被广泛采用，现在已经成为工业控制器网络协议的一种。Visual Basic6.0提

供标准的MScomm通讯控件，并且具有强大的数据库访问功能，可以方便地实现基于Modbus协议

的上位机与单片机之间的串行通讯和数据处理，从而达到对工业参数的实时监控。

本文针对联碱工业生产中外冷器进出口母液温差的测量与控制系统，在VB环境下设计了一个计算机实时监控软件。该系统主要由一台微机和单片机控制系统组成，单片机系统将采集的温度信号发送给上位机，上位机分析实时温度曲线或温度数据并发出控制命令，使外冷器进出口母液温差控制在规定的范围内（0.4℃∽0.8℃）。

2 系统硬件结构

本系统以C52芯片为核心控制器件,采用铂热电阻PT100作为温度传感器，I2C总线型16位串行芯片MAX1119和芯片MAX5541分别作为AD转换器及DA转换器。精密铂热电阻在恒流源的驱动下，将温度的变化转化为电压信号的变化，放大并滤波后送入AD转换器进行转换，然后送入单片机进行数据处理；处理后的结果送入DA转换器，从而控制加热器的功率大小。系统采用RS-232/485转换器实现上位机与单片机连接，通过Modbus协议交换数据，同时完成系统的监控。上位机与从机之间的连接线采用双绞屏蔽线，双绞屏蔽线的两端都接地，以减少现场干扰。整个温度控制系统结构如图1所示。

图1 温度控制系统硬件结构图

3 实时监控系统的软件设计与实现

温控系统的单片机控制部分主要完成对温度的采样及控制；而上位机的实时监控系统一方面要收集下位机采样到的实时温度信息，利用PC机的资源实现分析及报表生成处理，另一方面在设备调试阶段可以辅助寻找系统的最佳控制参数，通过上位机向单片机控制器发送参数，并借助上位PC机监控系统生成的实时温度曲线效果对参数进行调整，以获取最优的控制参数。

3.1 上位机监控系统的主程序结构

实时监控系统软件的功能主要包括PID参数的输入、温度数据的采集、实时曲线的动态显示、历史数据的查询及各类数据的打印等。系统主程序流程图如图2所示。

图2 监控软件主程序流程图

3.2 MODBUS串行通讯协议及其软件实现

Modbus协议可以采用RS-232、RS-485等异步串行标准，适用于一台远程微机对多台智能仪表的系统编程、数据采集和现场监控，可设置地址、波特率、数据格式等通信参数。本系统中，采用RS485接口（PC机端采用了RS232/485转换卡），主机为微机，从机是单片机。通信方式采用主机请求，从机应答。即：主机提出命令请求，从机响应接收数据后作数据分析，如果数据满足通信规约，从机作数据响应。主从机间的通讯每帧数据包括从机地址码、功能代码、数据信息码、校验码等十六进制信息。Modbus除了定义通信功能码外，同时还定义了出错码，这有助于通信主站发现通信的错误内容和原因，并采取相应措施，从而保证了通信的可靠进行。Modbus协议中，主机发送的报文格式如表1，从机回送的报文格式如表2。

表1 主机发送的报文格式

表2 从机回送的报文格式

功能代码告之被选中的从设备要执行何种功能。在本温度测控系统中，主机与单片机之间的通讯主要包括：⑴主机将比例、微分、积分参数及采样周期传送给单片机，用功能号10H；⑵主机接收单片机传过来的温度值，用功能号03H。

在Visual Basic下，采用MSCOMM控件来实现Modbus通信协议。PID参数的发送通过MSCOMM控件的OUTPUT属性来完成，温度数据的接收在

MSCOMM控件的OnComm事件过程里完成。 从机地址 功能码起始地址 保存数据字长度 保存数据字节长

保存数据1保存数据2 CRC 码

03H 10H 0004H 0002H 04H 0102H 0304H 58EBH

从机地址

功能码 起始地址 CRC 码 03H 10H 0004H 0066H

3.3后台数据库

温度数据库选用Access，利用VB自带的可视化数据管理器来建立。ADO是微软最新的数据访问技术，将Access数据库与ADO建立连接后，就可以方便地实现对数据库的输入、查询、显示、打印等各种操作。系统中温度值、采样时刻等数据保存在后台数据库中，数据的显示通过DataGrid控件与ADO数据绑定来实现。

3.4温度曲线的动态显示

实时监控系统中很重要的一项功能就是能将采集的参数以曲线形式显示出来，这里利用VB提供的标准图形控件picture和line来绘制曲线，通过调用Windows API函数BitBlt来实现实时曲线从右向左的动态移动，曲线的绘制在timer定时器事件中完成。由于BitBlt函数的功能是将一幅位图从一个设备场景复制到另一个设备场景，因此在绘制实时曲线时，需要在背景区域作一定的处理，以擦除原设备场景中的曲线，否则，就会有重影，不能正确地显示出曲线。

温度曲线绘制的部分代码如下：

Private Declare Function BitBlt Lib "gdi32" (ByVal hDestDC As Long, ByVal X As Long, ByVal Y As Long, ByVal nWidth As Long, ByVal nHeight As Long, ByVal hSrcDC As Long, ByVal xSrc As Long, ByVal ySrc As Long, ByVal dwRop As Long) As Long

Private Sub Timer1_Timer()

……

BitBlt Picture1.hDC, 0, 0, PW1 - MoveStep1, PH1, Picture1.hDC, MoveStep1, 0, vbSrcCopy

Picture1.Line (PW1 - MoveStep1 - 1, (PH1 - RndData1))-(PW1 - 1, (PH1 - RndData2))

……

End Sub

按照上述方法，在VB下开发的温控系统完全可以满足实时控制的要求。图3为温度实时控制曲线。

图3 温度实时控制曲线

4 结束语

文中利用VB强大的数据库功能和API函数很好地实现了数据库的实时操作和实时曲线的动态显示。在控制现场进行参数设置时，能根据监控软件绘制的实时曲线来判断控制效果，借此调整并获得温控仪表的最佳控制参数；在仪表运行过程中，能有效地将现场仪表的记录数据实时上传，便于PC机对历史数据分析处理。VB下开发的基于Modbus通讯协议的实时监控系统，为温控系统的参数调试、温度数据分析提供了直观的依据，为系统的使用带来了极大的方便。

本文作者创新点:

将Modbus通信技术应用在温控仪表上，为仪表的最佳控制参数调试提供了直观、有效的手段，为历史数据的离线分析提供了方便。

参考文献

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