基于UDP和MODBUS协议的数据通信系统
[摘要] 本文介绍了vc编程使用udp协议从电力工业实时网采集数据,并转换为工业标准modbus协议上传数据。文中分析了udp套接字编程和modbus协议,并给出了部分代码。
[关键词] 集散控制系统 套接字 循环冗余码 设计流程
1、前言
集散控制系统(DCS)是一个实时控制系统,完成电力工业生产过程实时数据采集、过程控制、顺序控制、高级控制、报警检测、监视、操作,对数据进行记录、统计、显示、打印等处理。基于安全的考虑实时网络是封闭的,数据在实时网内部信息交换。在工业中有很多场合需要采集集散控制系统实时网络中的数据,例如:实时监控信息系统(SIS)、环境检测、电力调度等。为解决从封闭的工业实时网中提取数据的问题,同时保证工业实时网络的安全避免受到外界数据干扰,这里基于udp、modbus协议设计开发了一种安全可靠数据通信系统。
系统使用udp套接字接口实时从工业实时网接受数据,转换为modbus协议格式的数据帧,通过串口上传数据。
2、udp套接字编程
windows平台套接字有三种类型:流式套接字,数据报套接字及原始套接字。udp套接字是数据报套接字。数据报套接口定义了一种无连接的服务,数据通过相互独立的报文进行传输,是无序的,并且不保证可靠,无差错。套接字类型在创建套接字时确定。
2.1 加载winsock库
使用windows套接字必须加载winsock dll的相应版本。
WSADATA wsd;
WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsd);
加载版本为2.2的winsock库
2.2 创建udp套接字
SOCKETsock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
使用参数SOCK_DGRAM确定创建数据报套接字。
2.3 定址
winsock中使用SOCKADDR_IN结构指定IP地址和接口。
SOCKADDR_IN local;
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons((short)3316);
local.sin_addr.s_addr = htonl(*addr);
sin_family字段使用AF_INET定义IP地址簇,sin_port字段使用3316端口号,sin_addr.s_addr字段使用htonl()函数转换后网络字节顺序的地址。
2.4 套接字绑定地址
bind(sock, (SOCKADDR *)&local, sizeof(local));
将创建好的套接字sock绑定地址和端口,绑定出错时bind返回SOCK_ERROR。
2.5 接受数据
数据通信系统作为接收端接受工业实时网中的实时数据。
while(cycleflag)
{
FD_ZERO(&readfds);
FD_SET(sock,&readfds);
int ii = select(0, &readfds, NULL, NULL, &timeout);
if(ii>0)
{
ret = recvfrom(sock, (char *)&SXPBuffer, sizeof(SXPBuffer), 0,
(SOCKADDR *)&from, &fromSize);
}//if
}//while
select函数判断套接字集合中是否有可读数据报,然后recvfrom函数接受数据报。接受udp数据功能块作为一个独立的线程不断接受实时数据。
2.6 释放资源
在线程终止时需要释放套接字资源。socket通信报文格式
closesocket(sock);
WSACleanup();
3 modbus协议
MODBUS是工业领域通用协议。此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设
备。许多工业设备,包括PLC,DCS,智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准。MODBUS系统采用主从方式通信。
数据通信系统作为从站响应符合MODBUS功能码03(读数据查询帧)的数据帧,采用循环冗余校验作错误检测。程序设计定时器,不断扫描RS232接口,发现为功能码03的数据帧,则把当前的实时数据附加上循环冗余校验码,发送到RS232接口作为响应。
读数据查询帧(功能码03)数据结构
地址 功能码 高位
地址 低位
地址 高位
数据 低位数据 CRC16 CRC16
11H 03H 00H 00H 00H 03H 07H 5BH
地址字段表示从机的地址;功能码字段03H表示读数据查询帧;高位地址和低位地址表示寄存器的开始地址;高位数据和低位数据表示读取多少个寄存器数据;CRC16是附加的循环冗余校验码。
从机响应帧数据结构
地址 功能码 字节数 高位
数据 低位
数据 … CRC16 CRC16
11H 03H 06H 00H 00H … 07H 5BH
地址和功能码字段同数据查询帧;字节数表示数据占用多少字节;响应信息中每个寄存器对应2个字节,第一个字节为高位数据,第二个字节为低位数据;CRC16是附加的循环冗余校验码。
4 程序设计流程图
5 小结
本系统使用windows网络编程技术和多线程技术,以成熟的工业modbus协议作为串口通信协议,用于工业实时数据的传输。简单、可靠、安全,避免了工业实时网内部系统受到干扰。
参考文献:
[1] W.Richard.Stevens. 范建华译TCP/IP 详解(卷1:协议) 2000.4.1.
[2] MODBUS规约.
[3] Anthony Jones,Jim Ohlund.WINDOWS网络编程技术 2000.3.1.
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