Modbus与TCPIP协议转换器的设计
Modbus-TCP协议说明技术文档说明书
Modbus-TCP协议文档说明
1、指令格式说明(文档中所有数据要求为16进制)
(1)、功能码03---查询从设备寄存器数据内容
主设备报文
说明:数据区总共有36组数据,72个字节;CRC校验码要根据实际数据得出;
数据最小为:0000H,最大值为:2710H(十六进制),10000D(十进制)
(2)、功能码06---对从设备单个寄存器置数
主设备报文
序列数据举例数据内容字节数
2 10000为此次通信事务处理标识符,一般每次通信之后将被要求加1
以区别不同的通信数据报文
20000表示协议标识符,固定2 30006为数据长度,用来指示接下来数据的长度(4-7序列数据长度)2
401从设备地址,可变(1-256),说明为11
从设备正确报文
协议转换设置(网络通讯接口产品可选择使用Modbus-TCP协议)
寄存器地址(Hex)寄存器内容寄存器个数寄存器状态数据范围0060H协议转换1写00:Modbus-RTU协议
01:Modbus-TCP协议
协议修改命令举例:
从设备地址功能码寄存器地址写入数据CRC-L CRC-H 01H06H00H60H00H01H48H14H 说明:用06功能码协议修改为Modbus-TCP通讯协议;
数据返回格式:
使用发命令修改的工具软件可以到本公司网站上下载一个测试工具去发命令修改,下载地址为:
/z.aspx?id=71&P=upload/file/sscom5.13.1%E5%B7%A5%E5%85%B7.zip
软件页面设置与发送格式如下:(产品出厂默认IP为192.168.2.720108端口),发送后有数据返回即为修改成功.。
MODBUSTCPIP协议
MODBUSTCPIP协议MODBUS TCP/IP协议是一种工业通信协议,常用于建立在TCP/IP网络上的自动化系统中。
它是由Modicon公司在1979年开发的Modbus通信协议的一个变种。
MODBUS TCP/IP协议在工业控制领域被广泛应用,用于在远程设备之间进行通信和数据交换。
MODBUSTCP/IP协议基于客户端-服务器模型,其中客户端是请求数据的设备,服务器是响应请求的设备。
客户端通过发送指令来请求数据或发送控制命令,服务器收到请求后进行处理并返回响应。
协议使用TCP/IP 协议进行通信,这意味着它可以在局域网或广域网上使用,并具有高度的可靠性和稳定性。
MODBUSTCP/IP协议包括多种功能码,用于实现不同的操作。
常见的功能码包括读取线圈状态、读取输入状态、读取保持寄存器、写单个寄存器等。
这些功能码允许设备在通信中进行数据读取和写入,实现对远程设备的监测和控制。
MODBUSTCP/IP协议采用简单的报文结构,报文包括事务标识符、协议标识符、长度字段、单元标识符、功能码以及数据字段。
报文中的数据字段可用于携带设备的状态信息、控制命令、传感器数据等。
协议还支持数据的加密和校验,以确保通信的安全性和完整性。
通过使用MODBUSTCP/IP协议,用户可以实现点对点、点对多点和多点对多点之间的通信。
它适用于各种工业自动化应用,包括监控和控制系统、远程终端单元、数据采集和分析系统等。
它提供了简单、可靠、高效的数据传输方法,使得设备之间的通信更加灵活和方便。
总之,MODBUSTCP/IP协议是一种在TCP/IP网络上进行工业通信的标准协议。
它具有简单、可靠、高效的特点,广泛应用于各种工业自动化系统中。
通过使用MODBUSTCP/IP协议,用户可以实现设备之间的数据交换和远程控制,实现工业过程的监测和控制。
modbustcp编程
modbustcp编程【一、modbustcp简介】Modbus TCP/IP是一种基于以太网的通信协议,起源于Modbus串行通信协议。
Modbus TCP/IP协议广泛应用于工业自动化和楼宇自动化领域,用于实现设备之间的通信和数据交换。
Modbus TCP/IP协议具有简单、易于实现、传输速率较高、传输距离较远等优点。
【二、modbustcp通信协议原理】Modbus TCP/IP通信协议采用客户端-服务器架构。
通信过程中,客户端向服务器发送请求,服务器接收请求并返回响应。
通信数据采用结构化的数据帧,包括设备地址、功能码、数据长度和校验和等字段。
【三、modbustcp编程实践】1.客户端编写:客户端编程主要包括以下几个步骤:a.初始化网络连接。
b.创建Modbus TCP/IP客户端实例。
c.连接到Modbus TCP/IP服务器。
d.发送请求并处理响应。
2.服务器端编写:服务器端编程主要包括以下几个步骤:a.初始化网络连接。
b.创建Modbus TCP/IP服务器实例。
c.监听端口,等待客户端连接。
d.处理客户端请求并返回响应。
【四、modbustcp编程实战案例】以下是一个简单的modbustcp编程实战案例:1.安装Python的modbus库(如:pymodbus)。
2.编写一个Modbus TCP/IP客户端程序,实现与服务器的通信。
3.编写一个Modbus TCP/IP服务器程序,监听端口并处理客户端请求。
4.运行客户端程序,连接到服务器,发送请求并处理响应。
【五、总结与展望】Modbus TCP/IP通信协议在工业自动化和楼宇自动化领域具有广泛的应用。
通过掌握modbustcp编程,可以实现设备之间的便捷通信和数据交换。
ModbusBACnet协议转换网关总体设计方案
Modbus TO BACnet IP协议转换网关总体设计方案[V1.0]编写: ___校对: ___审核:____________审批:____________广东××楼宇科技有限公司2009-8-2目录一、项目背景 (3)二、设计原则 (4)三、拓扑结构 (4)四、总体设计方案 (5)4.1产品整体设计 (5)4.2协议转换器功能 (5)五、硬件设计方案 (6)5.1MTB协议转换器硬件结构 (6)5.2MTB协议转换器功能说明 (7)六、软件设计方案 (8)6.1软件架构设计 (8)6.2MTB协议转换器系统子模块设计 (10)6.2.1 BACnet接口模块 (11)6.2.2 Modbus接口模块 (14)6.2.3 CGI 模块 (15)6.2.4 Web模块 (15)6.2.5 安全性设计 (19)七、技术参数 (20)7.1MTB协议转换器主模块技术参数 (20)八、开发工具...................................... 错误!未定义书签。
九、进度安排、项目组成员、及预算 .................. 错误!未定义书签。
一、项目背景本产品用于将MODBUS RTU通讯的设备接入BACnet IP网络。
本产品在MODBUS 网络中为主站,可接8个从站。
本产品在BACnet IP网络中为一个网络设备,用户可将从MODBUS RTU网络中的数据点一一对应到BACnet IP网络中的数据点。
Modbus RTU 转BACnetIP, 通过BACnet对象可以读/写任何标准的Modbus寄存器。
1、实现从MODBUS RTU主(Master)到BACnet IP转换。
2、向下提供1个RS485/MODBUS RTU接口,可连接8台MODBUS从(Slave)设备,速率支持2400~38400bps,通讯距离可达1000米。
3、向上提供1个BACnet IP接口,速率支持10/100M。
modbus tcp通讯协议详解与实例演示
Modbus TCP是一种基于TCP/IP网络的通信协议,用于在工业自动化系统中实现设备间的数据交换。
以下是Modbus TCP通讯协议的详细解释和一个实例演示:1. Modbus TCP协议概述:- Modbus TCP是Modbus协议的一种变体,使用TCP/IP作为传输层协议,通过以太网进行数据通信。
- 它基于客户端-服务器架构,其中客户端发起数据请求,而服务器响应请求并提供数据。
- Modbus TCP使用简单的请求-响应模型,支持读取和写入数据寄存器、线圈、输入寄存器和离散输入等。
2. Modbus TCP帧结构:- Modbus TCP帧由标头和数据部分组成。
- 标头包括事务标识符、协议标识符、长度字段和单元标识符。
- 数据部分包含功能码、数据和错误检查字段。
3. Modbus TCP功能码:- Modbus TCP支持多种功能码用于不同的操作,如读取、写入、读取多个寄存器等。
- 常见的功能码包括读取线圈状态(0x01)、读取输入状态(0x02)、读取保持寄存器(0x03)、写单个寄存器(0x06)等。
4. Modbus TCP实例演示:- 假设有一个Modbus TCP服务器设备,IP地址为192.168.0.100,端口号为502。
- 客户端想要读取该设备上的保持寄存器中的数据。
- 客户端发送一个读取保持寄存器的请求帧,包括事务标识符、协议标识符、长度字段、单元标识符和功能码等。
- 服务器接收到请求后,解析请求帧,根据功能码读取保持寄存器中的数据。
- 服务器将读取到的数据封装成响应帧,并发送给客户端。
- 客户端接收到响应帧后,解析响应帧,提取出所需的数据。
Modbus TCP协议是一种常用的工业自动化通信协议,广泛应用于控制系统、仪表设备和传感器等。
通过使用Modbus TCP,不同的设备可以方便地进行数据交换和远程控制。
在实际应用中,可以使用各种编程语言和开发工具来实现Modbus TCP通讯,如Python、C#、Java等。
Modbus协议在TCPIP上的实现指南
m_MODBUSResponse
CMODBUSServer CMODBUSServer Stereotype
MODBUS
protected char GlobalState MODBUS
CMODBUSServer(TConfigureObject * lnkConfigureObject)
protected void m_InitServerFunctions(void ) m_ServerFunction
[Send_OK]
4.4.1.2 MODBUS
[No_Transaction_Available] [Transaction_Available]
12
-
-
4.4.1.3
MODBUS
4.4.1.4
4.4.2.1 MODBUS
4.4.2.2 MODBUS PDU
4.4.2.3 MODBUS
) m_ClientReceivingMessage
CTransaction m_MODBUSRequest
CInterfaceResponseMsg TCP_Management MODBUS
MBAP m_MODBUSConfirmation
TCP/IP
m_EventOnStack
CinterfaceIndicationMsg MODBUS
TCP 300
advertised window
TCP MODBUS
900
TCP 256 +MBAP
TCP-NODELAY:
tinygrams tinygrams
TCP
LAN
TCP-NODELAY
SO-REUSEADDR: MODBUS MSL
MODBUS-TCP-协议解析
SUPCON
SUPCON
客户机的通信过程如下: (1)用 Connect 命令建立与目标设备的连接; (2)准备 Modbus 报文包括 7个字节的 MBAP 在 内的请求; (3)使用 Send 命令发送报文; (4)在同一连接下等待应答; (5)用 Recv 命令读取报文, 完成一次数据交换过程。当 通信任务结束时, 关闭 TCP 连接, 使 Modbus TCP服务器
在 TCP/IP 上的 M odbus 映射
TCP/IP IETF RFC 793
IP IETF RFC 791
Ethernet II /802.3 IEEE 802.2
以太网物理层
Modbus应用协议
SUPCON
Modbus是一种简单客户机/服务器应用协议 客户机能够向服务器发送请求。 服务器分析请求,处理请求,向客户机发送应答。
Modbus在2004年成为我国国家标准。
2
Modbus 协议规范
SUPCON
Modbus技术规范的关系
Modbus 应用协议 规范
Modbus 应用层
Modbus 协议 在 TCP/IP 上 的实现指南
Modbus 协议 在串行链路 上的实现指 南
串行链路主站/从站 TIA/EIA-232-F TIA/EIA-485-A
SUPCON
Modbus主站-从站协议原理
Modbus串行链路协议是一个主-从协议。在同一时刻,只有 一个主节点连接与总线,一个或多个子节点(最大编号为 247)连接于同一串行总线。自主节点的 请求时,从不会发送数据。
子节点之间互不通信。
Modbus TCP/IP 的 通 信 设 备 : 连 接 至 TCP/IP 网 络 的 Modbus TCP/IP客户机和服务器设备。
Modbus协议RTU模式与TCP模式的通信转换设计
1 Mo d b u s 通信模 式
Mo d b u s 协议 是 由 Mo d i c o n公 司在 1 9 7 9年 开 发
互连成通信 网络 , 以便最 大限度 的进 行集 中监控 , 因此网络通信 和通信 协议的运用是工业 控制不 可 或缺 的重 要 组 成 部 分 ¨ J 。Mo d b u s 通 信 协 议 作 为 工
出来 的网络协 议 , 是 第 一 个 真 正 意 义上 用 于 工 业 现 场 的总线 协议 。它 定 义 了设 备 与 设 备 之 间 的 信 息
传输方式 , 使控制器 之间、 控 制器 和其它设备之 问 可以进行通信和传输数据 J 。
1 . 1 Mo d b u s R T U模 式
第 1 3卷
第 1 8 期
2 0 1 3 年 6月
科
学
技
术
与
工
程
V o 1 . 1 3 No . 1 8 J u n .2 01 3
1 6 7 1 —1 8 1 5 ( 2 0 1 3 、 1 8 — 5 1 9 1 — 0 6
S c i e n c e T e c h n o l o g y a n d E n g i n e e r i n g
业 控 制领域 最 为流 行 的协 议 , 可 以使 用 在 电能优 化 管 理 系统集 成 之 中。 目前 常用 的 Mo d b u s 通 信 分 为 两 种 物 理 接 口方 式, 一种 是 经 由 R S - 2 3 2 C兼容 串行 接 口( 或通过 R S 一 2 3 2 / 4 8 5转 换 器 转 换 成 R S - 4 8 5接 口 ) 组 成 Mo d b u s
基于单片机的Modbus TCP转换器设计
男 教授, 主 要 从 事 协议通信 网络监控
,
的研容
De s i g n o f Mo d bu s TCP Co nv e r t e r Ba s e d o n Si ng l e - Chi p Pr o c e s s o r
Z H A NG J u n , , Y E Ha i w u
关键词 : 协议转换器 ; Mo d b u s ; T C P; 单 片 机 中图 分 类 号 : T M 5 7 1 : T N 9 1 5 . 5 文 献标 志码 : A 文章编号 : 1 0 0 1 - 5 5 3 1 ( 2 0 1 3 ) 0 6 —
0 046 - 0 4
3 . D e p a r t me n t o f C o m p u t e r , S h i j i a z h u a n g U n i v e r s i t y ,S h i j i a z h u a n g 0 5 0 0 3 5 ,C h i n a )
Ab s t r a c t :T h e d e s i g n o f Mo d b u s p r o t o c o l a n d T CP p r o t o c o l c o n v e r t e r we r e i n t r o d u c e d, t h r o u g h wh i c h i t c o u l d c o n n e c t t h e i n d u s t r i a l Mo d b u s n e t w o r k a n d Et h e r Ne t .T h e a r t i c l e i f r s t l y a n a l y z e d t h e Mo d b u s p r o t o c o l , t h e n
ModbusTCP转ModbusRTU的应用方案
ModbusTCP转ModbusRTU的应用方案Modbus TCP(Transmission Control Protocol)是一种基于TCP/IP网络的Modbus协议变体,主要用于在工业自动化系统中实现通信。
Modbus RTU(Remote Terminal Unit)则是一种串行通信协议,通常通过RS-485总线进行传输。
在一些实际的工业控制场景中,有时需要将Modbus TCP转换为Modbus RTU,以下是一个应用方案的详细说明。
1.硬件需求:- Modbus TCP到Modbus RTU网关:用于将Modbus TCP报文转换为Modbus RTU格式,并通过RS-485总线发送给目标设备。
这个网关通常是一个专用的设备,可以使用商用的Modbus网关产品。
- RS-485串行通信电缆:用于连接Modbus TCP到Modbus RTU网关与目标设备之间的RS-485总线。
2.连接设置:- 将Modbus TCP到Modbus RTU网关与本地网络连接,以便通过以太网与Modbus TCP主机进行通信。
- 将Modbus RTU网关与目标设备通过RS-485总线连接。
确保总线的电缆长度在规定范围内,避免信号在传输过程中被干扰。
3.配置:- 配置Modbus TCP到Modbus RTU网关的网络参数,包括IP地址、子网掩码和网关地址。
这些参数需要与Modbus TCP主机处于同一网络段。
- 配置Modbus RTU网关的串行通信参数,包括波特率、数据位、校验位和停止位。
这些参数需要与目标设备的串行通信参数保持一致。
4.通信流程:- Modbus TCP主机向网关发送Modbus TCP报文,其中包括目标设备的Modbus RTU地址、功能码和数据。
- Modbus TCP到Modbus RTU网关接收到报文后,将其转换为Modbus RTU格式,并添加CRC校验码。
- 网关通过RS-485总线将Modbus RTU报文发送给目标设备。
modbustcp编程
modbustcp编程(原创实用版)目录1.Mobustcp 编程简介2.Mobustcp 编程的基本步骤3.Mobustcp 编程的实例分析4.Mobustcp 编程的优点与不足正文一、Mobustcp 编程简介Mobustcp 编程是一种基于 TCP 协议的网络编程技术,其主要特点是高性能、低延迟、易于实现。
Mobustcp 编程是 Modbus 协议与 TCP 协议的结合,Modbus 协议是一种串行通信协议,常用于工业自动化领域。
通过将 Modbus 协议与 TCP 协议相结合,Mobustcp 编程可以实现在以太网上的 Modbus 通信,从而满足工业自动化领域对网络通信的需求。
二、Mobustcp 编程的基本步骤1.引入头文件:在使用 Mobustcp 编程时,首先需要引入相应的头文件,例如:#include "mobustcp.h"。
2.初始化:初始化 Mobustcp 模块,包括 TCP 模块、Modbus 模块等。
3.建立连接:通过调用 Mobustcp 函数建立 TCP 连接。
4.配置 Modbus 协议:根据通信需求配置 Modbus 协议,包括地址、数据类型等。
5.读写数据:通过调用 Mobustcp 函数实现 Modbus 数据的读写操作。
6.关闭连接:在完成数据传输后,关闭 TCP 连接。
三、Mobustcp 编程的实例分析以下是一个简单的 Mobustcp 编程实例,实现 Modbus TCP 客户端的功能:```c#include "mobustcp.h"// 初始化 TCP 模块tcp_init();// 建立 TCP 连接tcp_connect("192.168.1.100", 502);// 配置 Modbus 协议mb_init();mb_set_address(1); // 设置 Modbus 地址为 1mb_set_data_type(MB_DATA_TYPE_INT16); // 设置数据类型为 16 位有符号整数// 读取保持寄存器uint16_t hr = mb_read_holding_registers(1, 0, 10); // 从地址1 的保持寄存器读取 10 个数据// 关闭连接tcp_close();// 输出读取到的数据for (int i = 0; i < 10; i++) {printf("HR%d: %d", i + 1, hr[i]);}```四、Mobustcp 编程的优点与不足1.优点:Mobustcp 编程具有高性能、低延迟的特点,可以满足工业自动化领域对实时性的要求。
Modbus TCP IP协议
业以太网与Modbus TCP/IP博客分类:其他网络协议网络应用应用服务器互联网Linux一以太网的标准以太网是一种局域网。
早期标准为IEEE 802.3,数据链路层使用CSMA/CD,10Mb/s 速度物理层有:(1)10 Base 5粗同轴电缆,RG-8,一段最长为500m;(2)10 Base 2细同轴电缆,RG-58,一段最长为185m;(3)10 Base T双绞线,UTP或STP,一段最长为100m。
快速以太网为100Mb/s,标准为802.3a,介质为100 Base Tx双绞线、100 Base Fx光纤。
目前10/100M以太网使用最为普遍,很多企事业用户已实现100M到以太网桌面,确实体验到高速“冲浪”的快感,另外从距离而言,非屏蔽双绞线(UTP)为100m,多模光纤可达2~3km,单模光纤可大于100km。
千兆以太网1000Mb/s为802.3z/802.3ab,万兆以太网10Gb/s 为802.3ae,将为新一轮以太网的发展带来新的机遇与冲击。
二工业以太网与商用以太网的区别什么是工业以太网?技术上,它与IEEE802.3兼容,故从逻辑上可把商用网和工业网看成是一个以太网,而用户可根据现场情况,灵活装配自己的网络部件,但从工业环境的恶劣和抗干扰的要求,设计者希望采用市场上可找到的以太网芯片和媒介,兼顾考虑下述工业现场的特殊要求:首先要考虑高温、潮湿、振动;二是对工业抗电磁干扰和抗辐射有一定要求,如满足EN50081-2、EN50082-2标准,而办公室级别的产品未经这些工业标准测试,表1列出了一些常用工业标准。
为改善抗干扰性和降低辐射,工业以太网产品多使用多层线路板或双面电路板,且外壳采用金属如铸铝屏蔽干扰;三是电源要求,因集线器、交换机、收发器多为有源部件,而现场电源的品质又较差,故常采用双路直流电或交流电为其供电,另外考虑方便安装,工业以太网产品多数使用DIN导轨或面板安装;四是通信介质选择,在办公室环境下多数配线使用UTP,而在工业环境下推荐用户使用STP(带屏蔽双绞线)和光纤。
Modbus TCP IP
硬件配置参数设置设备命令设备说明#ModbusTCP/IP数据转发设备1、设备简介本驱动构件用于MCGS软件作为ModbusTCP Slave (从站),将各种寄存器的数据通过ModbusTCP协议转发给ModbusTCP Master (主站);此时MCGS作为网络服务端,而ModbusTCP Master做为网络客户端向服务端发出请求帧,服务端收到合理请求帧后,回应数据帧。
本驱动构件多用于同MCGS“标准ModbusTCP设备”成对配合使用,以实现MCGS 软件与软件、软件与触摸屏(TPC),或触摸屏与触摸屏之间数据交互的目的。
同时也可用于MCGS软件、触摸屏与其他软件触摸屏通讯数据交互,但协议及解码格式需遵从MCGS标准。
本驱动支持01、02、03、04、05、06、15、16常用功能码,对功能码支持请参见2、硬件连接MCGS软件在通讯之前,请保证通讯连接正确。
通讯连接方式:采用标准的RJ45接口的以太网接线(对调网线或使用HUB交换)。
3、设备通讯参数“通用TCP/IP父设备”通讯参数设置如下:网络类型:网络通讯模式,请与设备设置一致。
默认为UDP,一般标准ModbusTCP设备多设置为“1 - TCP”模式通讯。
服务器/客户设置:请设置为“1 –服务器”方式,即:做为服务器端,接受客户端访问。
本地IP地址:执行机的本机IP地址。
请根据实际情况,正确填写执行上位机或TPC 的本机IP地址。
本地端口号:执行机的网络操作端口,设置前要确保设置端口不被其他程序占用。
一般按默认值3000设置或设置为ModbusTCP标准的502端口。
远端IP地址:客户端(即:ModbusTCP主站)的IP地址。
请根据实际情况,正确填写相应IP地址。
(注意:在局域网时,服务器端IP地址和客户端IP地址需要在同一个子网内。
即:要求点分四段IP表示法的前三段地址要相同)。
远端端口号:客户端(即:ModbusTCP主站)的网络操作端口,一般按默认值3000即可。
Modbus TCP的OPC服务器设计
Modbus TCP的OPC服务器设计Modbus TCP是一种用于工业自动化领域的通信协议,而OPC(OLE for Process Control,进程控制的OLE)是一种标准化的软件接口,用于实现设备和系统之间的数据通信。
在工业自动化系统中,Modbus TCP的OPC服务器扮演着重要的角色,实现设备间数据的交互和通信。
本文将着重讨论Modbus TCP的OPC服务器设计的相关内容。
一、Modbus TCP协议简介Modbus TCP是基于TCP/IP网络的Modbus协议,它定义了一种用于实现设备间通信的规范。
Modbus TCP通信分为主站和从站两个角色,主站负责发起通信请求,从站负责响应请求并提供相应的数据。
主站可以通过发送不同类型的请求,例如读取数据、写入数据或者执行功能码等,来与从站进行通信和交互。
二、OPC服务器的作用OPC服务器是工业自动化系统中的关键组件,它负责连接和管理不同类型的设备和系统,并提供一种标准的数据通信接口。
通过OPC服务器,不同设备之间可以实现数据的共享和交互,实现自动化控制和信息管理。
OPC服务器可以帮助提高系统的稳定性、可靠性和可扩展性,同时简化了系统的集成和维护。
三、Modbus TCP的OPC服务器设计要点1. 数据采集与通信在Modbus TCP的OPC服务器设计中,首要任务是实现数据的采集与通信。
通过与设备的通信,服务器可以获取从站设备的状态信息和实时数据。
为了确保通信的高效性和稳定性,可以采用多线程的方式进行数据采集,并设置适当的通信周期和超时机制。
2. 数据解析与处理服务器接收到从站设备的数据后,需要进行解析和处理,以便将数据转换为OPC服务器可读取和处理的格式。
这包括解析Modbus TCP 报文、提取数据字段、进行数据类型转换等操作。
同时,还需要进行数据质量的判断,以及错误处理和异常情况的容错机制。
3. 数据存储与访问OPC服务器需要提供一种机制来对数据进行存储和访问。
Modbus-Modbus TCP-IP的网关设计
Modbus-Modbus TCP/IP的网关设计摘要:介绍一种基于STM32芯片的Modbus-Modbus TCP/IP网关系统,系统采用μCOSII 嵌入式实时操作系统,实现Modbus串行链路到以太网的协议转换,利用多线程与存储池技术解决速率不匹配问题,最后对系统的通信质量进行相关测试。
实验结果表明,系统方案能够在低廉的成本下,有效、准确地进行Modbus串行链路与以太网的相互通信。
关键词: Modbus 协议;移植;协议转换;多线程与存储池“十二五”规划纲要将“智能电网”正式纳入国家发展战略,特别提出“现代电网体系要适应大规模跨区输电和新能源发电并网的要求。
进一步扩大输电规模,完善主干电网,依托信息、控制和储能等先进技术,推进智能电网建设。
”电网主要包含了发电、输电、变电、配电、用电和其他辅助部分[1]。
低压的配电和用电端是智能电网的末端,是电能最主要的消耗部分,大约占到80%。
因此智能电网的建设要求配电和用电所需要的低压电器必须具备数据通信与采集等智能化特性[2]。
当前,国内外许多大型低压电器设备厂的产品都支持Modbus总线标准。
但是,智能电网的信息化建设利用的是以太网等方式,而非现场总线技术[3]。
这就要求数据能在以太网与现场总线之间进行交互。
国外的几大电器也都有相应的网关设备,但是价格昂贵。
国内目前也有些类似的产品出现,相对于国外的产品,虽然在价格上有极大的优势,但是通信速度较慢,只能简单地实现单链路的连接,功能并不完善。
开发一款价格低廉、性能优越的网关设备是智能电网建设过程中一个必要的需求。
因此提出了一个在STM32F107芯片上实现Modbus-Modbus TCP/IP协议转化的解决方案,能在成本上和性能上同时满足需求。
1 Modbus协议 Modbus是Modicon(现为施耐德电气公司的一个品牌)在1979年开发的一项在OSI模型第7层的应用层报文传输协议,在过去几十年已被大量地应用于工业控制领域的开放的、标准的、免费的网络通信协议[4]。
协议转换器
摘要随着工业控制系统的分散化、网络化、智能化发展,以控制技术、计算机技术、通信技术为基础的现场总线技术,由于其具有减少系统线缆,简化系统安装、维护和管理,降低系统的投资和运行成本,增强系统性能等优点,自20世纪70年代诞生至今,受到全世界的普遍关注,得到了广泛的推广,成为全球工业自动化技术的热点。
为了使煤矿井下基于Modbus总线、CAN总线和以太网三种不同协议的设备和监控系统能够互通互联,形成综合的自动化系统,本文探讨了一种具有本安接口的嵌入式多协议转换器的设计和实现,可以同时实现Modbus总线协议、CAN总线协议和TCP/IP协议三种协议之间的相互转换功能。
硬件使用了32位ARM微控制器LPC2388,并外扩了16K位串行CMOS E2PROM和液晶显示模块,在软件设计上,采用了μC/OS-II嵌入式实时操作系统。
本作品介绍了课题产生的背景,现场总线技术和以太网技术发展的现状、现场总线在煤矿井下的应用以及课题研究的意义、嵌入式系统和μC/OS-II嵌入式实时操作系统、Modbus总线协议、CAN总线协议和TCP/IP协议簇,以及这三种协议在课题中简化实现。
本作品详细介绍了这个具有本安接口的多协议转换器的硬件电路设计和软件设计,并给出了部分电路原理图,在软件设计上,先重点介绍了Modbus总线协议、CAN总线协议和TCP/IP协议在系统中嵌入与实现,之后介绍了系统的多协议转换功能的软件实现。
关键词:本质安全;多协议转换;TCP/IP;嵌入式系统;μC/OS-II- 1 -11.绪论煤炭在人们日常生活和工业生产中有着举足轻重的作用,是我国重要的能源之一,煤炭工业的发展直接影响到我国经济、社会的发展。
随着计算机技术、自动化技术、信息技术和网络技术的飞速发展,“数字矿山”已经我国采矿行业发展的热点,“自动化矿山”、“信息化矿山”和“数字化矿山”已经成为我们矿井发展的方向,全面推进煤炭企业过程控制自动化、生产集约高效化、综合信息网络化、安全管理信息化,将对我国煤炭行业的发展和提高国际市场竞争能力有着十分重要的意义。
modbusrtu变成modbustcprs485rtu转tcp
modbusrtu变成modbustcprs485rtu转tcpC2000-M2-SHE0101-CB1为单⼝Modbus⽹关,它可以完成Modbs TCP和Modbus RTU协议之间的相互转换。
通过本产品可实现Modbus串⼝slave设备快速⽆缝的整合到现有的Modbus TCP⽹络中,并且Modbus TCP slave也可以和串⼝master正常的通信。
本产品串⼝最多可以级联16个串⼝设备,每个设备都可以使⽤不同的串⼝参数。
当Modbus TCP做主站时最多同时⽀持⾼达10个TCP连接。
特点:→快速整合Modbus TCP和Modbus RTU⽹络;→级联设备可使⽤不同串⼝参数,可以整合多种串⼝设备到同⼀个Modbs TCP⽹络;→当Modbus TCP做主站时同时最多⽀持⾼达10个TCP连接;→当Modbus TCP做主站时可灵活的将设备设置为TCP客户端或TCP服务器;→⽆需繁琐的寄存器地址映射等设置即可使⽤;→模块⾃带双看门狗、I/O与系统完全隔离,安全性⾼,保障系统安全;→电源具有良好的过流过压、防反接保护功能;→丰富的指⽰灯,全⾯查看状态,及时排查故障;→⼯业级塑料外壳,可⼴泛的应⽤于各种⼯业环境;串⼝通信参数接⼝类型RS-485波特率1200~115200bps数据位6,7,8停⽌位1,2校验位Even,Odd,None,Mark,Space保护形式GAS+PPTC+TVS防雷保护级别2KV/1KA过压过流保护30V/200mA电源参数电源规格9~27V DC电流80mA@12VD保护形式ZOV+PPTC+TVS防雷保护级别2KV/1KA过压过流保护30V/500mA⽹⼝参数接⼝形式RJ45速度10/100M⾃适应传输距离100⽶⼯作环境⼯作温度、湿度-40~85,5~95%RH,不凝露储存温度、湿度-60~125,5~95%RH,不凝露安装&尺⼨安装⽅式导轨或⽀架安装尺⼨75*105*30mm。
Modbus TCP转Modbus RTU的应用方案
Modbus TCP转Modbus RTU的实现本文介绍如何使用ZLSN2040、NETCOM2040实现Modbus TCP到Modbus RTU的转化。
1.Modbus TCP与Modbus RTUModbus是工业设备之间通信的标准协议。
在仪器、仪表上用得更为普遍。
不同的设备在遵守Modbus标准之后可以互相通信的目的。
Modbus最初是使用串行链路的,例如RS232、RS485/422,随着网络的发展,后来又推出了Modbus TCP标准。
串行链路的Modbus分为ASCII和RTU,其中RTU的传输效率高,用得比较多。
所以这里基本上以Modbus RTU为例来介绍。
2.Modbus TCP转Modbus RTU随着Modbus TCP和Mobus RTU两协议的普及,设备越来越多,要实现Modbus TCP访问Modbus RTU设备的需求日益增加。
Modbus TCP具有自身的优势,因为其可以利用现有的网络、internet等设施,而大批量的Modbus RTU设备已经存在。
用一个统一的Modbus TCP客户端软件去访问所有的Modbus设备,统一、集中式管理将大大提高系统的集成度。
Modbus RTU的帧中包含有:地址帧、功能码、数据、CRC校验。
而Modbus TCP数据包包含有:MBAP报文头、功能码、数据。
必须实现这两种格式的转化。
3.Modbus TCP转Modbus RTU解决方案图 1 NETCOM2040成品与ZLSN2040内嵌模块NETCOM2040和ZLSN2040可以实现Modbus TCP转Modbus RTU,两者功能类似,不过一个是成品一个是内嵌到用户电路板的小型内嵌核心模块,内嵌模块可以减少用户产品体积也有效降低成本。
使用2040产品时:硬件连接上:将2040的串口和Modbus RTU设备连接,网口连接入网络。
此后Modbus TCP软件即可通过访问2040的IP地址(一般端口为502)来访问Modbus RTU设备。
MODBUSTCPIP协议介绍
MODBUSTCPIP协议介绍MODBUS是一种通信协议,用于在自动化系统中传输数据。
TCPIP是一种网络通信协议,用于在计算机网络中传输数据。
MODBUSTCP/IP是将MODBUS协议与TCP/IP协议相结合的一种通信协议。
下面将详细介绍MODBUSTCP/IP协议。
MODBUSTCP/IP协议是MODBUS协议的一个变种,它利用TCP/IP协议作为底层传输协议,使得MODBUS协议可以在局域网或广域网中实现远程通信。
与传统的串口连接相比,使用TCP/IP连接的MODBUS具有更高的速度和更长的通信距离。
同时,由于TCP/IP是一种常见的网络协议,它为MODBUS提供了更大的互操作性,能够与其他网络设备进行通信。
MODBUSTCP/IP协议的通信方式是基于客户端/服务器模型的。
客户端发起请求,服务器端响应请求。
客户端可以是任何支持TCP/IP协议的设备,比如电脑、PLC等。
服务器端则是MODBUS设备,比如远程输入输出模块、温度传感器等。
- 事务标识符(Transaction Identifier):用于标识请求操作与响应操作之间的关联性。
- 协议标识符(Protocol Identifier):用于标识MODBUS协议。
- 单元标识符(Unit Identifier):用于标识MODBUS设备。
- 功能码(Function Code):用于标识请求的类型,比如读取保持寄存器、写入输出寄存器等。
- 数据(Data):包含具体的请求或响应数据。
- 错误检测(Error Checking):用于对数据进行校验,以确保数据的完整性和正确性。
使用MODBUSTCP/IP协议进行通信的步骤如下:1.建立TCP连接:客户端与服务器端通过TCP协议建立连接。
2.发送请求:客户端向服务器端发送请求数据包,包括事务标识符、功能码、数据等。
3.响应请求:服务器端收到请求后,根据请求进行相应的操作,并将响应数据包发送给客户端。
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2.1 uC/OS—fI操作系统
为了能够对现场设备做出实时反馈,并且实现对多
本刊邮箱:eta@ncse.com.cn
14l
。露夔鬈焦
任务有较高要求的 性能,本系统选用灿C/OS—II多任务 实时操作系统。另外,有源代码、易移植性、可剥夺性、
成员(共4B)。这些数据成员的引入方便了驱动程序的设 计。发送数据包的格式是802.3帻的真子集。如图4所示。
区别的特征。主要的四个表是:
输入开关量
单个位,由I/O系统提供,只读
输出开关量
单个位,通过应用程序可变,读写
输入寄存器
16位量,由I/O系统提供,只读
输出寄存器
16位量,通过应用程序可变,读写
电路板上电后,ARM芯片的串行端口不断侦测网络
总线。当第一个域(地址域)接收到,对其进行解码,以
判断是否发给自己。如果地址符合,则接收此帧数据;反 之,则丢弃。当有至少3.5个字符时间的停顿后,标定了 此次消息帧传送的结束。一个新的消息可在此停顿后开 始。在接收的时候,为了尽可能地不丢帧、不出现帧错
TCP、IP、Etll咖et包头,逐层的向下传,最后把整合后的
数据通过DMA方式存放于以(ox4000或0】【4600)为起始 地址的缓冲区,作为数据包发送出去。在发送数据包的 过程中,要不断检测发送的状态,适时地进行重发(重发 次数设为6次)。此时,转换器作为主动连接端和主动断 开端。
应用程序调用发送函数
为了能跟上网络自动化的潮流而不失去竞争优势, 必须建立高效率的数据采集、生产监控、即时成本管理 的联网系统。本文介绍的这一款协议转换器,可以将多 个串口设备连接并能将串口数据流进行选择和处理,把 现有的RS一485接口的串行数据转化成遵循Modbus TCP协议的数据,这样就能将传统的串行数据送上流行
以太网协议不止一种,此转换器选用802.3。它的帧 结构如图2所示。物理信道上的收发操作均使用这个帧 格式。其中,前导序列、帧起始位、CRC校验由硬件自动 添加/删除,与上层软件无关。
在实际中,收到的数据包格式并不是802.3帧的真 子集,而是图3所示格式。8019自动添加了“接收状态、
目的MAc l源MAc l类型’rYPE/l数据域l填充
接收程序的流程如图5所示。ARM芯片不断查询 8019接收缓冲区是否有数据包存人。当接收到新的数据 包,首先对其前18字节进行分析,从而获得整个数据包 的有用信息。继而,读Ethemet包头(14字节);如是ARP 包(NextProtocol=0】【0806),则根据其包头(28字节)信息 进行相应的操作;如是IP包(NextProtocol=0】【0800),则根 据其包头(20字节)信息进入下一层分析,如果是ICMP 操作(NextPmtoc01=0】【01),则进一步分析是ICMP请求、 还是应答帧,然后做出相应操作(该转换器只实现了 Ping操作);如是TCP包(NextPIDtocol=0】【06),则加TCP 信号量进消息队列(OSQPost),等待主函数处理。这时, 触发接收函数读取数据。
(1)有奇偶校 验启始位1 2 3 4 5 6 7 8奇偶位停止位 (2)无奇偶校验 启始位1 2 3 4 5 6 7 8停止位停止位 Modbus使用“big—endiall”表示地址及数据项。即存 储或传送二进制数据时,最高位字节在最前面。
《电子技术应用》2006年第5期 万方数据
Modbus的数据模型基于一系列表,这一系列表具有
(2)网络层。通过IP协议可以使信息发送到相邻 的TCP/IP网络上的任一主机。其中,应该包含ARP地址 解析协议,实现从IP地址到数据链路物理地址的映象。
(3)传输层。传输层可以让网络程序通过自己定义 的通道、端口号等相应特性来收发数据。在本系统中,重 点放在了TCP数据报协议上。
(4)应用层。在本系统中,应用层对收到的数据和 要发送的数据进行Modbus与TCP/IP协议的转换。另 外,作为测试程序实现过HrI’IP协议。
本系统中,RS一485接口采用MAXl487芯片。
MAXl487是美国MAXIM公司产品,采用+5V DC供电, 使用于半双工通信,通信总线上最多可挂128个收发 器,满足分机负载要求。
2系统软件实现
软件设计大致分为三块:(I)仙C/0S—II实时操作系 统的ARM移植;(2)RTL 8019底层驱动程序;(3)TCP/ IP协议栈、串行数据的收发和协议转换。
行信号的编,解码。
.
RTL8019AS内部可以分为远程DMA接口、本地
DMA接口、MAC(介质访问控制)逻辑、数据编码解码逻 辑和其他端口。
1.2 LPC2214芯片介绍 LPC2214是基于支持实时仿真和跟踪的16/32位
ARM7TDMI—S CPU的微控制器,并带有256KB嵌入的高 速Flash存储器(该存储器可用作代码和数据的存储,并 且含有16KB的静态RAM,可以用作代码和/或数据的存 储,支持8位、16位和32位访问)。128位宽度的存储器
16bit
48bit
48bj£
16bjf
图3 RTL8019AS接收包帧结构
<=1500B 可选 32bjt
8019接收到数据 图5接收程序流程图
142 欢迎网上投稿www.aetnet.cn www.神tnet.com.cn 万方数据
《电子技术应用》2006年第5期
衢雏黥
程。只有在连接建立成功后,才能进行数据传输。反之, 终止连接,使用TCP连接中断过程关闭连接。
驱动程序屏蔽了底层硬件处理细节,同时向上层软 件提供硬件无其内部寄存器来实现的。因此定义二个宏: ReadFmmNet()和WIiteToNet().
发送数据包时,通过DMA写操作存入网卡芯片,并 给出发送缓冲区首地址(TPsR0、Ⅱ'SRl)和数据包长度 (TBCRO,TBCRl),启动发送命令(CR=0】【3E),RTL8019AS 会自动完成相应操作。接收数据包时,采用查询方式。 RTL8019AS收到物理信号后将其还原成数据,按指定格 式存放于芯片。
的Eth哪et,而无需过早淘汰原有设备,从而提高了现有
设备的利用率,节约了投资,还可在既有的网络基础上 简化布线复杂度。 1系统硬件实现
此款协议转换器的硬件框架如图l所示。 在此电路板上,U’C2214芯片作为CPU进行所有任 务的调度和收发控制;通过R11L8019AS网卡芯片,与以 太网通信;CPU的串行口通过485接口与遵循Modbus 协议的现场设备和控制器连在一起;应数据存储和处理 的要求,增加了外部存储器RAM和E2PROM。
图1硬件电路框架图
《电子技术应用》2006年第5期 万方数据
1.1 RTA8019AS以太网控制器 RTL8019AS是一种高度集成的8/16位ISA总线的
以太网控制芯片,集成了MAC和物理层的功能,可以方
便地设计基于ISA总线的系统。R,11L 8019芯片的主要功
能是在物理层进行以太数据包的收发,以及在链路层进
TCP连接以后,有二个通道进行数据传输,连接的 双方各占一个通道,被动连接端就可以进行有效数据的 接收了。
在数据发送完毕后,因为传输时是二个通道同时传 输,所以,断开连接是双方协商关断二个传输通道的过 程。流程与建立时类似。
发送程序流程如图6所示。首先根据协议转换要发 送的数据,进行相应的格式变换。然后适时加上相应的
关键词:Modbus协议TCP/IP协议ARM嵌入式协议转换
M0dbus协议是1978年由施奈德制定,应用于电子 控制器上的一种通用语言,实现控制器相互之间、控制 器经由网络(例如以太网)和其他设备之间的通信,支持 传统的RS一232,422/485设备和最新发展起来的以太网 设备。该协议定义了一个能被控制器识别的消息结构, 描述了控制器如何请求访问其他设备,如何回应来自其 他设备的请求,以及怎样侦测错误并记录,可用于总线 或者网络的互联,为客户机,服务器方式。
源MAC 地址SA
类型哪E
,长度LEN
数据域 DATA
填充PAD
校验FCS
IcMP处理
t
t
TCP处理,数据分析
f
62bit
2bit
48bit
48bit
16bit
<=1500B DATA,J、于46B补O 32bit
图2 802.3帧结构
IP包头处理
t
ARP处理
f
Etllenlet包头处理
f
8bit
8bi£
稳定性也是选择它的部分原因。 在斗C/OS—II系统中,每一个任务都是一个无限循
环,都有对应的数据结构。该数据结构记录了任务的五 种状态:休眠、就绪、运行、等待或挂起、被中断。通过任 务调度,各个任务在五个状态之间进行转换。最高优先 级的任务一旦就绪,就总能得到CPU的控制权;当一个 运行着的任务使一个比它优先级高的任务进入就绪态 后,当前任务的CPU使用权就被剥夺或被挂起,而高优 先级的任务立刻得到了CPU的控制权。 2.2网卡芯片的驱动程序
控制器能设置为两种传输模式(ASCII或RTU)中的 任何一种,在标准的Modbus网络中进行通信。本系统选 择RTU模式(其发送效率高)。使用RTU模式,消息发 送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始。
当消息在标准的Modbus系列网络传输时,每个字 符或字节以如下方式发送(从左到右):最低有效位… 最高有效位。位的序列是:
J
TCP发送处理整合程序
l IP包头添加l
J
EtIlemet包头添加
l
发送到8019发送缓冲区
图6发送程序流程图
流程与接收时类似,在此不做重述。 2.4基于Modbus协议的收发设计
Modbus是一个请求/应答协议,并且提供功能码规 定的服务。当在Mo曲us网络上通信时,Modbus协议决定 了每个控制器需要知道它们的设备地址,识别按地址发 来的消息,决定要产生何种行动。如果需要回应,控制器 将生成反馈信息并用Modbus协议发出。