基于内嵌Modbus协议的远程监控系统的设计

2013-08-20 18:24:43来源: 电子技术网

    摘要:在实践应用中结合网络系统.管理信息系统,监控系统能够对大量数据进行自动处理.传输.压缩存储,实现资源共享,提供有效.快捷.方便的服务给各级决策者和管理人员.应用于远程监控系统的Modbus协议是一种标准的.真正开放的网络通信协议,并且广泛应用于工业领域.

  一.引言

  在生产和生活中监控系统起到的作用越来重要,如在交通.银行.电力等部门对监控系统的要求越来越越高.需求也在不断增大.在远程监控系统中,作为一种种分布式控制系统和工业通信协议Modbus协议在工业领域得到很好的应用,本文针对其含义.系统设计构架和系统性能进行详细的阐述.

  二.浅析Modbus协议

  (1)Modbus协议开发的Modbus协议是一种分布式控制系统和工业通信协议,在分布式控制系统和工业设备通讯中得到很好的应用,采用RS485方式作为物理接口.控制器经由网络.控制器相互之间.通讯协议等可以通讯,在工业生产中已经成为通用标准,可以连接不同的控制设备成为工业网络,实现集中控制和监控.

  (2)作为一种主从网络Modbus网络允许多个或一个从机和一个主机进行通信,其中应答报文和命令报文是相对应的关系,也就是采用命令/应答方式.主机发出命令报文,当收到主机发来的报文的时候,相应的应答报文发出对命令报文进行响应.每个从机在网络中都拥有一个唯一的地址,访问的从机地址包含在主机发出的命令中,对相应的命令做出应答的是具有该地址的从机.

  (3)传输模式ASCII和RTU被应用在Modbus协议中.没有奇偶校验位.2个停位.8个数据为是RTU的传输格式.依靠接收字符间应用的时间RTU接收设备对一个帧的开始进行判断,在时间为3个半字符之后没有完成帧或没有新的字符,该帧会被接收设备放弃,新帧的开始以设下一个字符为标准.1字节的信息在RTU模式中被看作一个8为字符进行发送,而作为两个ASCII字符在ASCII模式中被发送.

  三.系统设计构架

  数据采集的RTU设备.数据交互的监控设备.远程监控的服务器是这个系统硬件的主要组成部分.应用串口通信RTU设备与监控设备之间通信并使Modbus TCP协议的转换实现,应用TCP套接字技术服务器与监控设备之间进行通信并使Modbus TCP协议的转换实现.

  (1)设计协议转换

  在Modbus TCP协议中进行通信时候,是经过何种网络不需要考虑,因为它定义了一个消息结构体,并且对消息域内容和格局的公共公式进行了制定.在通信的时候这个协议对每个RTU设备的地址进行定义,对按地址发来的信息进行识别,并且对即将产生的行动进行决定.在需要回应的情况下,反馈信息将在RTU设备中生成,采用Modbus TCP协议发出信息.相互转换Modbus TCP协议与Modbus协议的时候,不需改变RTU,只需相应的转换MBAP报文头.服务器的请求被接收到的时候,MBAP报文头被Modbus TCP协议去掉并且被出送到RTU设备中.按照接收到的命令RTU设备进行数据读取,而且对CRC进行差错校验;RTU设备的相应被接收到的时候,相应的MBAP报文头被加在Modbus TCP协议上,CRC差错校验被去除并且传送回服务器.通过这样的过程实现两个协议的相互转换.

  (2)实现设备参数读写

  采用C/S模型实现设备参数读写模块.

  建立Socket通信是第一步,远程监控终端与数据服务器建立连接是通过发送注册包实现的,TCP保活机制被启动,等候服务器发出命令,写入或读取设备参数命令由数据服务器发送的时候,按照Modbus TCP协议远程监控终端接收命令,在传入设备之前把它转化为Modbus协议,根据其命令RTU设备对相应设备参数进行写入或读取,并向远程监控终端发送响应.在写入或读取成功的条件下,按照Modbus TCP协议接收到的响应被远程监控终端被封装,并且发送给数据服务器;如果是失败的写入或读取,按照Modbus TCP协议异常响应被远程监控终端发送到数据服务器。

    (3)设计与实现套接字通信

  监控设备与服务器之间的数据交换是通过套接字通信层得以实现的,整个设计的核心是是串口同层并联.设计通信部分的流程如图1所示.

  (4)设计与实现串口通信

  去除报文头的Modbus数据的读取来自于共享内存.半双工机制是串口采用的机制,不能同时进行接收数据与发送命令,串口数据的读取是在发送完命令之后.自动方向切换芯片被采用之后就可以解决这一问题了.串口通信流程图如图2所示.

  四.分析系统性能

  (1)在监控系统的作用和功能方面,在空压机中对压风机房管理.操作效率低下以及人力物力浪费等问题进行解决,使处理.交换.传递信息的速度加快,使监控系统的可靠性和安全性得到保证,使控制系统的人性化.智能化.自动化水平提高.主要功能在远程监控系统中得以实现的有:使工作报表正常运行,各种故障中的报警得以实现;供气压力参数可以远程设定,能够在线修正参数;实时监测供气压力,供气过压和欠压都会进行报警;供电系统的可靠性得以提高;等等.

  (2)通过透明传输的方式,接收到的命令只需被远程监控终端进行拆包,即协议解析不需要进行,MBAP报文头被去掉;RTU响应被收到之后,只需组装接收到的响应,即CRC差错校验被去掉,加上MBAP报文头,协议解析不需要进行,协议的透明化得以实现.套接字通信性能的完善是通过Socket异常处理来实现的,对于数据服务在网络中断并自动重连能够及时被系统检测到.正常的网络中断很容易被套接字通信机制发现,而像拔掉网线等不正的网络中断则不易被其发现.

  五.结束语

  通过上述浅析Modbus协议.系统设计构架.分析系统性能,可以得知,基于内嵌Modbus协议的远程监控系统,可以实现设备参数读写和套接字通信,使处理.交换.传递信息的速度加快.总之,这一系统具有很多优势,需要我们加大这这方面的研究和应用。

关键字:监控系统

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2013/0820/article_6111.html
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