基于Modbus TCP协议的清洗小车监控系统研究

2015-10-15顾曙光张茂青刘文杰

机电信息 2015年9期

顾曙光张茂青刘文杰王清

（苏州大学自动化系，江苏苏州215021）

0 引言

太阳能电池板常年置于室外，易积灰尘和异物，导致发电效率降低。全天候运行于太阳能电池板上的清洗小车将提高太阳能发电效率。用一块MCGS触摸屏作为监控设备，控制主板运行Windows操作系统，主控程序在Visual C＋＋6．0环境下编制，触摸屏与控制主板通过以太网口相连。MCGS正确组态后，会向以太网中发送符合 Modbus TCP协议的功能码，此时工控主板需要识别功能码，作出相应处理并向以太网作相应的应答。

1 MCGS设备窗口组态与数据模型

MCGS触摸屏是一种用途广泛的工控监测产品，其内部预装有各种工控设备的驱动程序。对于本系统中的工控计算机主板，可将其视为通用 Modbus TCP设备，通过以太网对其进行驱动监控。设备窗口是MCGS系统的重要组成部分，负责建立系统与外部硬件设备的连接。通过组态要建立通信双方的以太网连接，在设备管理窗口中先后选择“通用TCP／IP父设备”和“通用设备—莫迪康 Modbus TCP”。通用TCP／IP父设备的属性中包含以太网通信的基本属性。鉴于本监控系统的通信方只有两方，且要实时监控，需随时收发消息，以太网的传输层协议选用无连接的UDP协议。触摸屏的IP地址可在上电后点击进度条，进入属性界面查看。在TCP／IP基本属性设置中，设本地IP地址为200．200．200．190，设远程IP地址为200．200．200．110。设备组态的基本属性设置界面如图 1所示。

图1 设备组态基本属性设置

要实现触摸屏与主板的信息交换，要在主板上建立Modbus数据模型。Modbus数据包括输入继电器、输出继电器、输入寄存器、输出寄存器等4种类型。在主板的VC＋＋程序中用一系列数组模拟Modbus设备：

BOOL INREL［16］；BOOL OUTREL［16］；／／输入、输出继电器

WORD INREG［10］；WORD OUTREG［10］；／／输入、输出寄存器

2 Modbus TCP功能码及响应简介

实验中可借助网口调试工具解析MCGS触摸屏发向以太网的字码，结合本系统实验结果和 Modbus TCP协议，总结如下：

（1）读输出继电器OUTREL［0］

请求：00 00 00 00 00 06 01 01 00 00 00 01

响应：00 00 00 00 00 04 01 01 01 00（01）

（2）读输入继电器INREL［0］～INREL［3］

请求：00 00 00 00 00 06 01 02 00 00 00 04

响应：00 00 00 00 00 04 01 02 01 0x

（3）写输出寄存器OUTREG［1］

请求：00 00 00 00 00 06 01 06 00 01 xx xx

响应：00 00 00 00 00 06 01 06 00 01 xx xx

3 监控程序举例

设触摸屏对小车的命令与监视项目，如表1所示。

表1 命令与监视项目

通过socket编程实现主板的以太网通信，与组态完成的触摸屏用网线连接后，主板的进程会收到一系列Modbus TCP协议码。这时主板进程的以太网接收函数LRESULT CMyDlg：：On ReadClose（WPARAM w Param，LPARAM l Param）将对收到的协议码进行识别、响应。进程将收到的信息存储于数组char msg［］中，其中 Modbus功能码存放于字节 msg［7］中。根据Modbus TCP协议的请求应答机制，部分处理程序段如下：

switch（msg［7］）

｛case 0x01：／／读输出继电器

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：／／读输入寄存器

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；