中圖分類號：U665.26 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）21-0101-05

Abstract：Thisresearch focusesonthesimulationverificationof portship-shoreconnectioncommunicationprotocolsandIP addressesduring thestandardformulationprocessThecommunicationprotocolbetweentheshoresideandtheshipsideis verifiedtroughsimulation，adedicatedIPaddressandportnumberareset，andModussimulationsoftwareisusedtoreadand displaytheadressdataofbothparties.TheverifcationresultsshowthattheModbusTCP/IPprotocolisreasonableandfeasible forship-to-shorecomunication，providingsimulationverificationmethodsandexperienceforsubsequentformulationofshipand offshore equipment standards.

Keywords： ship-shore connection; communication protocol; simulation;data exchange; standard test verification

在船舶行業(yè)發(fā)展進程中，通信協(xié)議標準化對港口船岸連接的高效性與穩(wěn)定性至關(guān)重要。國家標準GB/T38329.2—2021《港口船岸連接第2部分：高壓和低壓岸電連接系統(tǒng)監(jiān)測和控制的數(shù)據(jù)傳輸》由中國船舶重工集團公司第七四研究所聯(lián)合多單位共同起草并于2021年12月正式實施。在標準起草期間，相關(guān)單位已采用調(diào)研分析和仿真驗證的方法，對標準中“4.4協(xié)議和IP地址\"章節(jié)內(nèi)容進行了試驗驗證。國家標準化管理委員會積極推動國家標準驗證點建設，鼓勵各單位參與標準試驗驗證工作，這一舉措對提升標準質(zhì)量意義重大。作者前期參與船舶行業(yè)制造標準試驗驗證平臺項目，積累了船舶及海洋工程裝備相關(guān)設備標準試驗驗證的經(jīng)驗，為本研究奠定了堅實基礎。

1驗證內(nèi)容

本研究重點針對GB/T38329.2—2021標準的4.4章節(jié)，該章節(jié)規(guī)定港口船岸連接通信采用ModbusTCP/IP協(xié)議，并對通信過程中的寄存器數(shù)據(jù)包請求、數(shù)據(jù)塊配置、IP地址和端口號等內(nèi)容做出明確要求。通過產(chǎn)品調(diào)研及仿真分析，對該部分內(nèi)容的合理性開展驗證。

具體而言，需通過125個寄存器的單個Modbus數(shù)據(jù)包請求，在岸側(cè)和船側(cè)快速完成每個通信模塊周期，且數(shù)據(jù)包內(nèi)容必須符合標準第5章和第6章的規(guī)定。岸側(cè)和船側(cè)均需設置專門的數(shù)據(jù)塊，從絕對寄存器地址0開始，長度為125個寄存器，其配置要遵循標準相關(guān)章節(jié)及附錄要求。同時，岸側(cè)和船側(cè)需配備固定的IP地址和端口號用于通信，為避免IP地址沖突，通信應在專用網(wǎng)絡中進行。具體IP地址和端口號設置見表1。

2 調(diào)研分析

2.1 調(diào)研產(chǎn)品

選取低壓岸電連接系統(tǒng)的岸側(cè)工控機與船側(cè)工控機各1臺作為調(diào)研對象，這2臺工控機均具備提供Modbus TCP/IP服務的能力。

2.2實體場景運行流程

首先，將岸側(cè)工控機的IP地址設置為192.168.68.103，船側(cè)工控機的IP地址設置為192.168.68.102。其次，船側(cè)工控機在502端口提供ModbusTCP/IP服務，以便岸側(cè)工控機通過ModbusTCP/IP協(xié)議讀取船側(cè)502端口0—125位置的數(shù)據(jù)；同樣，岸側(cè)工控機在502端口提供ModbusTCP/IP服務，供船側(cè)工控機讀取岸側(cè)502端口0—125位置的數(shù)據(jù)。

2.3實體場景與仿真環(huán)境之間的結(jié)構(gòu)及映射關(guān)系

在仿真環(huán)境中，2臺計算機分別模擬岸側(cè)和船側(cè)工控機。其中一臺計算機模擬岸側(cè)工控機，設置IP地址為192.168.68.103；另一臺模擬船側(cè)工控機，設置IP地址為192.168.68.102。在這2臺計算機上分別運行Modbus仿真軟件，該軟件對應實體場景中提供Mod-busTCP服務的硬件設備，在502端口提供ModbusTCP/IP服務，以此實現(xiàn)對實體場景的模擬。

2.4實體的物理參數(shù)、狀態(tài)變量、設備的運行參數(shù)

岸側(cè)工控機的關(guān)鍵運行參數(shù)為IP地址192.168.68.103，且在502端口提供ModbusTCP/IP服務；船側(cè)工控機的關(guān)鍵運行參數(shù)為IP地址192.168.68.102，同樣在502端口提供ModbusTCP/IP服務。這些參數(shù)是保證實體與仿真環(huán)境一致性的重要基礎。

3 設計驗證場景

3.1 驗證場景分析

為了準確驗證GB/T38329.2—2021標準第4.4節(jié)內(nèi)容的正確性，需要依據(jù)該標準條款規(guī)定的協(xié)議和IP地址，模擬岸側(cè)工控機和船側(cè)工控機之間的通信過程。利用2臺計算機，一臺模擬岸側(cè)工控機并設置IP地址為192.168.68.103，另一臺模擬船側(cè)工控機并設置IP地址為192.168.68.102，在2臺計算機上分別運行Modbus仿真軟件，通過該軟件在502端口提供Mod-busTCP/IP服務，從而實現(xiàn)對通信過程的模擬驗證。

3.2建設驗證場景所需的硬件與軟件

硬件方面，準備2臺計算機即可滿足模擬需求。

軟件方面，選用EasyModbusTCP軟件作為Mod-busTCP/IP服務仿真器，同時使用自主開發(fā)的海工產(chǎn)品標準仿真試驗驗證平臺，在該仿真軟件平臺建立的模型包括一些設備的控制模型、通信設備的通信模型、電力管理系統(tǒng)模型等3]。使用這些模型可以實現(xiàn)的船舶及海洋平臺相關(guān)標準的仿真測試驗證，其架構(gòu)如圖1所示。

圖1仿真試驗驗證平臺架構(gòu)

4標準驗證內(nèi)容及結(jié)論

TCP/IP協(xié)議已成為信息行業(yè)的事實標準，世界上93% 的網(wǎng)絡都使用TCP/IP協(xié)議（在網(wǎng)絡層使用IP協(xié)議，在傳輸層使用TCP協(xié)議），在船載設備方面也通過基于TCP/IP協(xié)議來配置數(shù)據(jù)集中，并且前期已有船舶岸基供電信息監(jiān)控系統(tǒng)中的TCP/IP通信協(xié)議應用研究。在應用層使用Modbus協(xié)議，就構(gòu)成了完整的工業(yè)以太網(wǎng)。ModbusTCP/IP協(xié)議具有以下優(yōu)點： ① 傳輸距離遠、傳輸速度快、連接穩(wěn)定。 ② 在不同的操作系統(tǒng)上完美運行。 ③ 具有可擴展的客戶端-服務器架構(gòu)。④ 標準開發(fā)，用戶可以免費使用ModbusTCP/IP協(xié)議，而不用繳納許可費用。 ⑤ ModbusTCP/IP協(xié)議的幀格式較為簡單、緊湊、規(guī)范。

所以ModbusTCP/IP協(xié)議具有諸多優(yōu)點，采用ModbusTCP/IP協(xié)議作為岸側(cè)和船舶之間的通信協(xié)議是合理的。

4.1數(shù)據(jù)交換模型

岸側(cè)與船側(cè)的數(shù)據(jù)交換模型如圖2所示，岸側(cè)可讀取船側(cè)0一125地址數(shù)據(jù)并顯示，船側(cè)也能讀取岸側(cè)相應地址的數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)交換方式能夠確保船岸數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡環(huán)境下不受干擾，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，為船岸之間的有效連接提供保障。

4.2 驗證過程與結(jié)果

為了驗證根據(jù)標準條款進行Modbus協(xié)議通信的合理性，需要實現(xiàn)在船側(cè)上運行ModbusTCP/IP仿真服務器，在岸側(cè)計算機讀取船側(cè)計算機上的數(shù)據(jù)，并同時實現(xiàn)在岸側(cè)計算機上運行ModbusTCP/IP仿真服務器，在船側(cè)計算機讀取岸側(cè)計算機上的數(shù)據(jù)。臺式計算機模擬岸側(cè)計算機，設置其IP地址為192.168.68.103，工作站筆記本電腦模擬船側(cè)計算機，設置其IP地址為192.168.68.102，2臺計算機均連接到路由器上。

驗證步驟如下：

1）打開臺式計算機，稱其為岸側(cè)計算機，設置其IP地址為192.168.68.103。

2）打開工作站筆記本電腦，稱其為船側(cè)計算機，設置其IP地址為192.168.68.102。

3）在船側(cè)計算機（192.168.68.102），運行 Easy-ModbusTCP服務器仿真軟件，如圖3所示。在EasyModbu TCP服務器的主界面上，可以在HoldingRegister列表框中，設置Modbus的讀保持寄存器0—125位置的數(shù)據(jù)。

設置在502端口提供ModbusTCP/IP服務，如圖4所示。設置完成后，點擊右側(cè)確定按鈕，否則點擊左側(cè)的取消按鈕。

4）在岸側(cè)計算機（192.168.68.103），打開仿真平臺軟件，點擊“工具” ^? “選擇標準\"菜單，彈出切換驗證標準對話框，如圖5所示。選擇第一個標準GB/T38329.2—2021，然后點擊確定按鈕，此時主界面的標準驗證切換到驗證GB/T38329.2—2021。

在主界面上，點擊“連接\"按鈕，平臺軟件在提示框中輸出下面的內(nèi)容：

\"[2021-12-1716：33：11.327]-連接到，主機：192.168.68.102，端口：502，設備號：1，成功”，則說明連接成功。

之后，岸側(cè)仿真平臺軟件使用Modbus功能代碼0x03 讀取船側(cè)計算機0—125位置的數(shù)據(jù)，并將讀取到的數(shù)據(jù)顯示列表框中，讀取到的數(shù)據(jù)與船側(cè)計算機ModbusTCP/IP服務器的數(shù)據(jù)一致，說明讀取成功。

5）同時測試船側(cè)計算機（192.168.68.102）讀取岸側(cè)計算機（192.168.68.103）上的數(shù)據(jù)，其使用的方法與上面的描述相同。在岸側(cè)計算機，利用EasyMod-busTCP仿真軟件，設置在502端口提供ModbusTCP/IP仿真服務，并設置0—125位置的數(shù)據(jù)，如圖6所示。

然后在船側(cè)計算機，運行平臺軟件，如圖7所示，點擊“連接”命令，使用Modbus功能代碼0x03讀取岸側(cè)計算機0一125位置的數(shù)據(jù)，列表框?qū)⒆x取到的數(shù)據(jù)顯示出來，列表框中顯示的數(shù)據(jù)與岸側(cè)計算機ModbusTCP/IP服務器的數(shù)據(jù)一致，說明讀取成功。

當點擊“斷開\"命令后，提示框中輸出以下內(nèi)容：

\"[2021-12-2010：45：12.622]-斷開連接，主機：192.168.68.103，端口：502，設備號：1”，則表示仿真平臺軟件與ModbusTCP/IP仿真服務器的連接斷開。

4.3 驗證情況

使用ModbusTCP/IP協(xié)議仿真岸側(cè)和船舶之間的通信，岸側(cè)計算機設置IP地址為192.168.68.103，船側(cè)計算機設置其IP地址為192.168.68.102。船側(cè)計算機在502端口提供ModbusTCP/IP服務，岸側(cè)計算機可以通過ModbusTCP/IP協(xié)議連接船側(cè)計算機502端口，并使用Modbus功能代碼 0x03 讀取船側(cè)計算機Modbus

TCP/IP服務器的寄存器0—125位置的數(shù)據(jù)。同時，岸側(cè)計算機在502端口提供ModbusTCP/IP服務，船側(cè)計算機可以通過ModbusTCP/IP連接岸側(cè)計算機502端口，并使用Modbus功能代碼 0x03 讀取岸側(cè)計算機ModbusTCP/IP服務器的寄存器0—125位置的數(shù)據(jù)。以上內(nèi)容與GB/T38329.2—2021第4.4節(jié)制定的內(nèi)容完全吻合的，充分證明了該標準條款的合理性和可行性。

5結(jié)束語

ModbusTCP/IP協(xié)議應用于港口船岸連接通信具有諸多優(yōu)勢，它能夠統(tǒng)一岸側(cè)和船側(cè)設備之間的傳輸方式，實現(xiàn)標準化通信，有效提高通信開發(fā)效率，降低網(wǎng)絡異構(gòu)帶來的復雜問題。岸側(cè)和船側(cè)采用固定的IP地址和端口號進行通信，有利于推動船舶通信標準化進程，對岸電系統(tǒng)的同步推廣、安全保障及質(zhì)量管理起到積極的促進作用。

本研究通過仿真驗證，成功實現(xiàn)了標準規(guī)定的岸側(cè)和船側(cè)之間的相互通信，驗證了GB/T38329.2—2021標準第4.4節(jié)內(nèi)容的合理性。這一研究成果為后續(xù)制定船舶及海工裝備相關(guān)標準提供了可靠的仿真驗證方法，有助于提高標準制定的質(zhì)量，推動船舶行業(yè)的標準化發(fā)展。在未來的研究中，可以進一步拓展仿真驗證的范圍和深度，探索更多復雜場景下的通信協(xié)議應用，為船舶行業(yè)的發(fā)展提供更有力的技術(shù)支持。

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