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基于LabVIEW的MODBUS测控系统的实现
基于LabVIEW的MODBUS测控系统的实现
摘要：
本文将介绍基于LabVIEW的MODBUS测控系统的实现。MODBUS协议是一个面向传感器和执行器的通信协议，能够实现传感器数据的采集和控制指令的下发。在本文中，我们将使用LabVIEW开发环境搭建一个可以读写MODBUS数据的测控系统，并且通过实例项目来展示系统的使用效果。
关键词：LabVIEW，MODBUS，测控系统，数据采集
一、绪论
MODBUS协议是一种流行的通信协议，被广泛应用于自动化控制系统、工业网络、建筑自动化和家庭自动化等领域。这种协议可以通过串口、以太网等不同介质实现异构设备之间的通信。MODBUS协议的好处是灵活性强，实现简单，并且具有广泛的通用性。
LabVIEW是一种开放式测量和自动化领域的高级编程语言，可以用于各种测量和控制应用中。该软件环境不仅能够有效提高开发效率和降低成本，还具有优秀的用户界面和开发工具。
本文旨在基于LabVIEW开发环境搭建一个MODBUS测控系统，实现对传感器数据的采集和控制指令的下发。
二、MODBUS协议
MODBUS协议是一种客户端-服务器模型的协议，支持主从设备之间的通信。在MODBUS协议中，每个从节点都有一个唯一的地址，在主节点向从节点发送数据的时候可以直接使用该地址。传输模式有RTU、ASCII和TCP/IP三种模式。
RTU是一种二进制传输方式，速度快，具有较高的可靠性，但是数据格式难以理解。其数据帧结构如图1所示。
图1.RTU数据帧
ASCII模式是一种文本传输方式，速度比RTU模式慢一些，但是数据格式较易读。
TCP/IP模式使用TCP协议进行通信，可以使用Internet进行通信，因此适用于全球范围内的数据传输。
三、LabVIEW的MODBUS工具包
LabVIEW图形化编程语言本身并没有集成MODBUS协议，但是可以通过许多第三方工具包实现MODBUS通信。其中比较流行的是NI的ModbuslibraryforLabVIEW工具包，该工具包提供了一些VI来实现读取和写入数据的功能。图2展示了该工具包的VI表示方式。
图2.ModbuslibraryforLabVIEW工具包
四、实例项目
在本例中，我们将使用一个硬件进行测试，该硬件是一款名为IA-3000的MODBUS从机设备。IA-3000通过RS485接口与计算机相连，可以通过MODBUS协议与计算机通信，传输不同类型的数据，如离散输入、离散输出、模拟输入和模拟输出等。
为了测试读取数据的功能，我们将在LabVIEW中创建一个VI（如图3所示）。该VI可以获取IA-3000设备的传感器数值，并将其显示在用户界面上。
图3.IA-3000读取数据功能实现
其中，ModbuslibraryforLabVIEW工具包包含了一些已经封装好的VI，我们可以通过这些VI来实现读取MODBUS数据的功能。在本例中，使用的VI是ModbusRTUMasterReadHoldingRegisters，其作用是读取从机上的保持寄存器。
如图4所示，ModbusRTUMasterReadHoldingRegistersVI包含了一些输入和输出的参数，如端口号、波特率、数据地址、要读取的数据的数量等。
图4.ModbusRTUMasterReadHoldingRegistersVI
读取Modbus数据的过程需要一些时间，因此我们需要创建一个无限循环，以便实时显示传感器数值。如图5所示，该循环执行以下操作：
首先读取IA-3000设备上一个保持寄存器的数值；
在LabVIEW中将该数值显示出来；
等待一段时间，然后重新读取数据。
图5.数据读取循环
除了读取操作，本例还实现了写入操作，以控制IA-3000设备上的模拟输出。如图6所示，我们创建了一个功能模块，可以将输入参数中的数值写入从机的输出寄存器中。
图6.IA-3000写入数据功能实现
在实现完以上各项功能后，我们将所有的VI整合在一起，形成一个完整的IA-3000测控系统。图7展示了该系统的主界面，用户可以通过该界面来读取传感器数值、控制模拟输出等。
图7.IA-3000测控系统
五、总结
本文介绍了基于LabVIEW的MODBUS测控系统的实现。该系统基于MODBUS协议实现数据采集和控制指令的下发功能。通过实例项目展示了系统的使用效果，该系统具有可扩展性强和用户界面友好等特点。