基于Modbus通信智能楼宇监控系统设计*

徐宇明

(广东韶钢普莱克斯实用气体有限公司，广东韶关 512123)

0 引言

随着控制技术向网络化、智能化和开放式发展，目前居民小区的电梯和供电及照明等智能设备的控制监督管理系统逐渐暴露出其许多不足，主要表现为设备靠群众监督举报，造成居民公共设备设施维修维护不及时，带来了居民生活的诸多不便。

笔者介绍的电梯和供电及照明的智能监控系统，利用国际上广泛使用的Modbus通信，PLC可以通过DDC模块等远程终端设备实时采集电梯、照明等现场数据执行智能控制，同时利用目前国内通用组态王监控组态软件在PC机上建立人机界面，除了可以对远程的电梯、照明等设备运行情况进行监督，还可以实现控制室内对其自动手动控制及设备故障应急处理等。

1 电梯和供电及照明控制网络的总体框架

电梯和供电及照明控制网络采用了 TC/ⅠP和Modbus两种通信协议。TC/ⅠP协议用于 PC机与N80PLC之间的通信，在PC机利用组态王软件编写人机界面，对总体系统进行监控;Modbus协议用于N80PLC与远程的各个智能设备之间的通信，在N80中编写通信程序及相应功能程序后可对系统中个功能模块的参数进行采集分析与控制。其总体架构［1］如图1所示。

Modbus是国际上通用的串行通信协议，其功能完善、使用简单、数据易于处理，因而在PLC、智能仪表等各种智能设备中被广泛采用。Modbus尤其适用于小型控制系统或单机控制系统，可以实现低成本、高性能的主从式计算机网络监控［2］。

2 N80与PC通讯设置

在N80PLC编程软件VLadder中进行计算机通信设置，要确保当前用户所使用的计算机与N80PLC具有相互匹配的通信参数.通信方式可以选择串口、以太网和DTU无线通信三种方式，该设计选择以太网通信方式，通信设置如图2所示。

图1 电梯和供电及照明控制网络的总体框架

图2 N80与PC的通信设置

单击“以太网”单选按钮。然后在“控制器”菜单中点击“刷新ⅠP地址配置表查询PLC的ⅠP地址，在“将要连接的PLC的ⅠP地址”处，填写PLC的ⅠP地址。最后设置完成后请点击“确定”按钮。

3 N80系列PLC的Modbus通信参数设置

如图3所示，在该通信协议中，设置了N80系列PLC的站地址、串口波特率、奇偶校验位及停止位。此程序中，参数的设定值保持在以40300为首地址的寄存器中，依次设置了站地址为 2，波特率为19200bit/s，无校验，停止位为1位。

图3 N80PLC通信参数设置程序块

3.1 N80与RTU(1)YD2020的通信

如图4所示，N80从YD2020从站读取40个数据，N80主站的首地址为40410，YD2020从站的首地址为 40001。YD2020是电压(电流)采集设备，N80PLC中的地址变量通过Modbus通信分别从YD2020中获取数据，详见表1所示。将获得的过/欠电压赋值给中间寄存器，再将中间寄存器与所采集数值作出比较从而选择输出不同的线圈，起到阻止或者允许三相用户接入电路的作用，实现配电系统中的过/欠压保护。

图4 N80与YD2020的通信程序块

表1 N80地址与YD2020数据对照表

3.2 N80与RTU(2)电梯控制DDC模块的通信

如图5所示，N80从RTU(2)DDC从站读取16个位数据，N80主站的首地址为00110，这16个位的状态依次由RTU(2)从站DⅠ-0到DⅠ-15的16个端子信号的状态决定。在N80中通过编写功能控制程序，利用N80采集到的电梯现场的实时数据，可实现电梯系统中楼层显示、上下行显示及其报警等监控功能。

图5 N80与RTU(2)DDC模块通信程序块

3.3 N80与RTU(3)智能照明控制DDC模块的通信

如图6所示，N80从RTU(3)DDC从站读取8个位数据，N80主站的首地址为00130，这8个位的状态依次由RTU(3)从站 DⅠ-0到 DⅠ-7的8个端子信号的状态决定，从站的首地址为10001。如图7所示，N80针对RTU(3)DDC从站写入16个位数据，N80主站的首地址为00220，从站的首地址为00017。N80PLC与RTU(3)DDC通过Modbus进行实时的数据交换，编写N80控制程序，可以完成室内灯光红外线传感器控制点亮、室外灯光光照度传感器控制点亮、航空照明灯按时间段控制点亮等智能照明控制任务。

图6 N80与RTU(3)DDC模块通信程序块1

图7 N80与RTU(3)DDC模块通信程序块2

3.4 N80变量与PC机组态王变量地址编号对接的处理

本系统中，N80采集数据必须提供给组态王软件进行分析与控制，由于组态王软件通过PC机对下位机(N80)进行数据交换时，寄存器编号有偏差(即组态王软件DⅠ量计数从0号地址开始，若采集200号数据，实际往下顺延了201个数据位置，而设备N80中计数从1号开始，须给上位机(PC组态王)提供相同地址编号号数据，实际已经顺延201个数据位)，则需要对N80程序存储单元再作偏移，其中有表1所述几个特殊寄存器。55AA为十六进制数，是偏移功能使能功能码，DⅠ量偏移1位时组态王数据可正常采集。N80变量与PC机组态王变量地址编号对接处理程序如图8所示。

表2 针对N80存储单元偏移的特殊寄存器

图8 N80与组态王变量地址编号对接处理程序

4 组态王工程创建与通讯参数设置

完成N80硬件连接、软件设置与程序编写后，进行组态王软件的工程创建与通讯参数设置，首先，打开组态王主界面，创建新的通讯工程，设置安装路径与新的工程名完成新建工程后，进入工程编辑界面，在左侧菜单栏中，新建连接设备，连接设备参数设置，选择莫迪康，通讯模式使用ModbusTCP，再设置通讯参数，COM口选择硬件本地COM口之外的COM口编号，本例中选择COM7，地址与N80设备一致，格式为 192.168.1.110:502(空格)1，完成设备通讯参数设置。在工程中新建数据词典，完成组态王数据与N80设备数据之间的通讯交换，在新定义变量中，设置变量名、连接设备、数据类型和读写属性等，数据类型与读写属性参照N80寄存器与线圈的位置分配，其中，需要注意的是，在本系统中，N80采集的DⅠ与DⅠ量传输到组态王软件中时，位置需要往前偏移1位。完成所需数据变量定义后，新建画面，并将所需要使用的变量与对应的图片相关联。如图9，这是组态王监控画面中的一个画面——电梯控制画面。

图9 电梯系统组态王画面

5 结语

基于Modbus和TC/ⅠP通信协议电梯和供电及照明的智能监控系统，现已通过实验运行成功。需要指明的是，本文所详述了电梯和供电及照明的智能监控系统设计以及如何利用PLC通信程序实现PLC与远程终端设备之间通信，这种智能楼宇监控系统设计方法同样适用于其它领域智能监控系统，在此基础上，进一步编写控制从站现场设备的PLC应用程序，完善整个监控系统。

［1］ 安 静.全自动抛光机电气控制系统设计［J］.机械研究与应用，2013，128(6):137-139.

［2］ 郭 琼，姚晓宁，等.现场总线技术及其应用［M］.北京:机械工业出版社，2013.