内嵌Modbus协议的远程监控系统的设计

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。