摘要：進(jìn)行基于Modbus協(xié)議和TCP/IP協(xié)議相結(jié)合的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信，采用了套接字和多線程技術(shù)，使得Modbus協(xié)議的信息可以在TCP/IP協(xié)議的Internet上傳輸，從而擴(kuò)展了Modbus 協(xié)議的應(yīng)用，并用基于以太網(wǎng)的控制器和制冷機(jī)組設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信。

關(guān)鍵詞：Modbus TCP/IP；制冷機(jī)組；套接字

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)30-0553-02

Based on The Mobus TCP/IP Protocol Realization

WANG Ke-peng

(Tongji University， Shanghai 201804， China)

Abstract: Based on the combination of the Modbus protocol and TCP/IP protocol， remote network communication was realized. Due to adopting technology of socket and multithread， it makes information of Modbus protocol to be transmited in Internet via TCP/IP protocol， more expanded application of Modbus protocol， and realized remote network communication in Modbus network that is made up of the controller and related chiller devices.

Key words: modbus TCP/IP; chiller; socket

1 引言

Modbus是一種通訊協(xié)議，是基于客戶機(jī)端和服務(wù)器端方式連設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換?；贛odbus應(yīng)用協(xié)議族的工業(yè)以太網(wǎng)解決方案已經(jīng)逐漸應(yīng)用于各種現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控領(lǐng)域。而工業(yè)以太網(wǎng)的領(lǐng)先者M(jìn)odbus TCP/IP也正逐漸成為一種自動(dòng)化控制的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，在我們的風(fēng)洞監(jiān)控系統(tǒng)中的子系統(tǒng)制冷機(jī)組的監(jiān)控功能就是利用Modbus TCP/IP 協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)遠(yuǎn)程制冷機(jī)組的數(shù)據(jù)提取和數(shù)據(jù)傳輸從而達(dá)到監(jiān)控目的。

2 Modbus TCP/IP協(xié)議簡(jiǎn)介

Modbus/TCP報(bào)文服務(wù)采用客戶端/服務(wù)器的模式交換實(shí)時(shí)信息，該模式基于以下四種類型的報(bào)文：Modbus請(qǐng)求、Modbus確認(rèn)、Modbus指示和Modbus響應(yīng)。（如圖1）

請(qǐng)求（Request）：客戶端為開始事物處理而發(fā)出的信息。

指示（Indication）：服務(wù)器端接收到的請(qǐng)求信息。

響應(yīng)（Response）：由服務(wù)器端發(fā)出的響應(yīng)信息。

確認(rèn)（Confirmation）：客戶端接收到響應(yīng)信息。

3 Modbus TCP/IP協(xié)議結(jié)構(gòu)

常用的Modbus報(bào)文格式由附加地址、功能代碼、數(shù)據(jù)域組成，與通常的Modbus不同，在Modbus/TCP報(bào)文不再需要CRC-16或LRC校驗(yàn)域。因?yàn)門CP/IP協(xié)議和以太網(wǎng)的鏈路層校驗(yàn)機(jī)制保證了數(shù)據(jù)包傳遞的正確性。報(bào)文的具體格式（如圖2）。

另外，報(bào)文中增加的專用的MAPH頭（Modbus Application Protocol Header），用以識(shí)別Modbus應(yīng)用數(shù)據(jù)單元ADU（Application Data Unit），該頭的具體組成及含義如表1所示。

Modbus TCP功能代碼概要：功能代碼劃分：按應(yīng)用深淺，可分為3個(gè)類別。

類別0，對(duì)于客戶機(jī)/服務(wù)器最小的可用子集：讀多個(gè)保持寄存器(fc.3)；寫多個(gè)保持寄存器(fc.16)。

類別1，可實(shí)現(xiàn)基本互易操作的常用代碼：讀線圈(fc.1)；讀開關(guān)量輸入(fc.2)；讀輸入寄存

(fc.4)；寫線圈(fc.5)；寫單一寄存器(fc.6)。

類別2，用于人機(jī)界面、監(jiān)控系統(tǒng)的例行操作和數(shù)據(jù)傳送功能：強(qiáng)制多個(gè)線圈(fc.15)；讀通用寄存器(fc.20)；寫通用寄存器(fc.21)；屏蔽寫寄存器(fc.22)；讀寫寄存器(fc.23)

4 結(jié)合Modbus TCP/IP在風(fēng)洞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

涉及到Modbus TCP/IP通信的模塊流程：其中該模塊用到的Modbus的功能代碼為寫線圈(fc.5)、讀多個(gè)保持寄存器(fc.3)。

該模塊對(duì)象在風(fēng)動(dòng)系統(tǒng)中為chiller，其中封裝了寫線圈(fc.5)和讀多個(gè)保持寄存器(fc.3)，在模塊對(duì)象chiller的接口分別為

ForeceSingleCoils(int _transaction， int _protocolIdentifier， int _length， byte _unitId， byte _function， int _dataAddress， int _inputData)

ReadHoldingRegister(int _transaction， int _protocolIdentifier， int _length， byte _unitId， byte _function， int _dataAddress， int _numUnit)

在服務(wù)端有兩臺(tái)制冷機(jī)組 compressor F1，compressor F2

1) 開關(guān)控制步驟：其中A1為對(duì)compressor F1的開關(guān)控制，A2為對(duì)compressor F2的開關(guān)控制

首先向server發(fā)送連接請(qǐng)求進(jìn)行基于tcp的以太網(wǎng)的連接，如果連接成功，則做A1到F1的連接，起動(dòng)過(guò)程如下：

由B判斷是否與Server連接成功，如果未連接成功，則轉(zhuǎn)向繼續(xù)想Server請(qǐng)求連接，如果連接成功，則轉(zhuǎn)向C調(diào)用chiller.ForceSingleCoils()再到D調(diào)用Assemble()返回封裝好的buffer，最后到E調(diào)用m_Socket.SendData().，其中compressor1_ID是compressor F1的unitId。

發(fā)命令：chiller.ForceSingleCoils(1， 0， 6， compressor1_ID， 5， 61， 1))->

SubSystemSocket.m_Socket.SendData(Assemble(1， 0， 6， compressor1_ID， 5， 61， 1))（其中Assemble()是根據(jù)Modbus tcp規(guī)定對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝的過(guò)程，并返回一個(gè)數(shù)據(jù)塊buffer供套接字作參數(shù)發(fā)送到server再根據(jù)其中的unitId找到對(duì)應(yīng)的compressor，并將其設(shè)置為開啟狀態(tài)，如果開啟成功，則返回原命令，如果開啟不成功，則把5+80作為functioncode的值返回。

2) 監(jiān)測(cè)compressor各參數(shù)數(shù)值步驟：

當(dāng)發(fā)送一個(gè)讀取數(shù)據(jù)的命令時(shí)由B判斷是否與compressor F1連接成功，如果未連接成功，則轉(zhuǎn)向繼續(xù)向compressor F1請(qǐng)求連接，如果連接成功，則轉(zhuǎn)向C調(diào)用chiller.ReadHoldingRegitsters再到D調(diào)用Assemble()返回封裝好的buffer，最后到E調(diào)用m_Socket.SendData().，其中compressor1_ID是compressor F1的unitId）

發(fā)命令：chiller.ReadHoldingRegisters(1， 0， 6， compressor1_ID， 3， 62， 5))->

SubSystemSocket.m_Socket.SendData(Assemble(1， 0， 6， compressor1_ID， 3， 62， 5))其中Assemble()是根據(jù)Modbus tcp規(guī)定對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝的過(guò)程，并返回一個(gè)數(shù)據(jù)塊buffer供套接字作參數(shù)發(fā)送到server再根據(jù)其中的unitId找到對(duì)應(yīng)的compressor，并讀取從_dataAddress開始的連續(xù)_numUnit個(gè)值，如果讀取成功，則返回值，如果讀取不成功，則把3+80作為functioncode的值返回。

如下為Assemble()的封裝源碼(其中的封裝順序是由Modbus文檔規(guī)定的)：

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文