基于Modbus TCP協(xié)議的清洗小車監(jiān)控系統(tǒng)研究

顧曙光 張茂青 劉文杰 王 清

（蘇州大學自動化系，江蘇 蘇州215021）

0 引言

太陽能電池板常年置于室外，易積灰塵和異物，導致發(fā)電效率降低。全天候運行于太陽能電池板上的清洗小車將提高太陽能發(fā)電效率。用一塊MCGS觸摸屏作為監(jiān)控設備，控制主板運行Windows操作系統(tǒng)，主控程序在Visual C＋＋6．0環(huán)境下編制，觸摸屏與控制主板通過以太網口相連。MCGS正確組態(tài)后，會向以太網中發(fā)送符合 Modbus TCP協(xié)議的功能碼，此時工控主板需要識別功能碼，作出相應處理并向以太網作相應的應答。

1 MCGS設備窗口組態(tài)與數(shù)據模型

MCGS觸摸屏是一種用途廣泛的工控監(jiān)測產品，其內部預裝有各種工控設備的驅動程序。對于本系統(tǒng)中的工控計算機主板，可將其視為通用 Modbus TCP設備，通過以太網對其進行驅動監(jiān)控。設備窗口是MCGS系統(tǒng)的重要組成部分，負責建立系統(tǒng)與外部硬件設備的連接。通過組態(tài)要建立通信雙方的以太網連接，在設備管理窗口中先后選擇“通用TCP／IP父設備”和“通用設備—莫迪康 Modbus TCP”。通用TCP／IP父設備的屬性中包含以太網通信的基本屬性。鑒于本監(jiān)控系統(tǒng)的通信方只有兩方，且要實時監(jiān)控，需隨時收發(fā)消息，以太網的傳輸層協(xié)議選用無連接的UDP協(xié)議。觸摸屏的IP地址可在上電后點擊進度條，進入屬性界面查看。在TCP／IP基本屬性設置中，設本地IP地址為200．200．200．190，設遠程IP地址為200．200．200．110。設備組 態(tài) 的 基 本 屬 性 設 置 界 面 如 圖 1所示。

圖1 設備組態(tài)基本屬性設置

要實現(xiàn)觸摸屏與主板的信息交換，要在主板上建立Modbus數(shù)據模型。Modbus數(shù)據包括輸入繼電器、輸出繼電器、輸入寄存器、輸出寄存器等4種類型。在主板的VC＋＋程序中用一系列數(shù)組模擬Modbus設備：

BOOL INREL［16］；BOOL OUTREL［16］；／／輸入、輸出繼電器

WORD INREG［10］；WORD OUTREG［10］；／／輸入、輸出寄存器

2 Modbus TCP功能碼及響應簡介

實驗中可借助網口調試工具解析MCGS觸摸屏發(fā)向以太網的字碼，結合本系統(tǒng)實驗結果和 Modbus TCP協(xié)議，總結如下：

（1）讀輸出繼電器OUTREL［0］

請求：00 00 00 00 00 06 01 01 00 00 00 01

響應：00 00 00 00 00 04 01 01 01 00（01）

（2）讀輸入繼電器INREL［0］～INREL［3］

請求：00 00 00 00 00 06 01 02 00 00 00 04

響應：00 00 00 00 00 04 01 02 01 0x

（3）寫輸出寄存器OUTREG［1］

請求：00 00 00 00 00 06 01 06 00 01 xx xx

響應：00 00 00 00 00 06 01 06 00 01 xx xx

3 監(jiān)控程序舉例

設觸摸屏對小車的命令與監(jiān)視項目，如表1所示。

表1 命令與監(jiān)視項目

通過socket編程實現(xiàn)主板的以太網通信，與組態(tài)完成的觸摸屏用網線連接后，主板的進程會收到一系列Modbus TCP協(xié)議碼。這時主板進程的以太網接收函數(shù)LRESULT CMyDlg：：On ReadClose（WPARAM w Param，LPARAM l Param）將對收到的協(xié)議碼進行識別、響應。進程將收到的信息存儲于數(shù)組char msg［］中，其中 Modbus功能碼存放于字節(jié) msg［7］中。根據Modbus TCP協(xié)議的請求應答機制，部分處理程序段如下：

switch（msg［7］）

｛case 0x01：／／讀輸出繼電器

BOOL a［8］＝｛0x00｝；

for（int i＝0；i＜msg［11］；i＋＋）

a［i］＝OUTREL［msg［9］＋i］；

send［9］＝（char）a；send［7］＝0x01；send［5］＝0x04；

Send（send，10）；break；case 0x04：／／讀輸入寄存器

for（int j＝0；j＜msg［11］；j＋＋）

｛send［9＋j＊2］＝INREG［msg［9］＋j］＞＞8；

send［9＋j＊2＋1］＝INREG［msg［9］＋j］；｝

send［8］＝msg［11］＊2；send［5］＝3＋msg［11］＊2；

send［7］＝0x04；

Send（send，6＋send［5］）；break；…｝

4 結語

本系統(tǒng)可實現(xiàn)對清洗小車的指令發(fā)送與狀態(tài)監(jiān)視功能。在主板的操作系統(tǒng)中將進程設置為開機啟動，系統(tǒng)上電后便可進入工作狀態(tài)。本系統(tǒng)使用的觸摸屏型號為TPC7062K；工控主板型號為VDX2－6554；運動控制卡型號為DMC4420；交流伺服電機驅動器型號為YZ－ACSD608。

［1］曹輝，馬棟萍，王暄，等．組態(tài)軟件技術及應用［M］．第2版．北京：電子工業(yè)出版社，2012

［2］MODBUS協(xié)議中文版［Z］

［3］鄭阿奇．Visual C＋＋6．0網絡編程教程［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2013