[发明专利]TCP/IP协议下Modbus设备网络通信的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种TCP/IP协议下Modbus设备网络通信的方法，属于网络通信技术领域。

背景技术

在工业通信领域，TCP/IP协议是互联网最基本的网络通信协议，Modbus协议是一种工业通信和分布式控制系统协议，已广泛应用到工业控制当中，其中Modbus-RTU最为常用。

Modbus协议存在一定的局限性，设备采用查询-回应的通信机制，协议中常用功能码为01-06号。若不同的功能码之间查询报文发送时间间隔过小，查询报文和回应报文就会阻塞在一个Modbus设备中，甚至产生碰撞，使得通信正确率大幅度下降。系统实测每台Modbus设备的每个功能码查询-回应过程大约用时1-3秒，这种局限性使得含有大量Modbus设备的监控系统的数据实时性下降，通信效率降低。

综上所述，对于含有大量Modbus设备的监控系统来说，采集数据的实时性下降，系统报警产生大量延时，系统的安全性下降。另外，鲍文昕发表的《RS485/MODBUS数据采集网络在自动测报系统的应用研究》一文中指出，为了使主机与设备稳定的通信，485线上可挂载的设备是有限的，一般可以挂在32台，我们的系统利用DTU实现无线通信，避免了RS485传统布线的局限性。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷和不足，本发明提供了一种TCP/IP协议下Modbus设备网络通信的方法，以达到保证Modbus设备采集数据实时性、增强网络通信效率的效果。

本发明的技术方案如下：

一种TCP/IP协议下Modbus设备网络通信的方法，由以下系统来实现，该系统包括PC平台、多路Modbus设备和多路DTU，其中Modbus设备和相应的DTU通过485线相连接，DTU通过互联网（Internet）和PC平台进行通信，该方法步骤如下：

1）PC平台软件设置固定IP和端口号，准备发送和接收Modbus设备数据：

a、系统在PC平台通过软件同时设置多个PC端口号，每个PC端口与N台Modbus设备进行通信，其中0<N<=100,以满足大量Modbus设备的需求；

b、软件编程平台选择C#+Winform，编写Windows窗体应用程序作为服务器，利用DOTNET框架的网络通信技术完成网络通信，引用System.Net.Socket命名空间，初始化UdpClient类的实例，并将它绑定到所提供的某个PC端口号(假设为8000)，再使用UdpClient类下的方法Receive()接收由Modbus设备发送的UDP数据报；

2）PC接收DTU发送的心跳包：

每台DTU设置不同的心跳包，心跳包的内容代表Modbus设备的设备号，由一个字节组成(01H-64H),PC端口(即号为8000的端口)接收与其通信的所有DTU心跳包，并锁定DTU的端口号和IP，计算出Modbus设备的数量N；

3）发送线程发送01号功能码查询报文：

（a）引用System.Threading命名空间，使用new Thread(new ThreadStart(send))实例化一个发送线程，执行send()发送数据方法(send方法为向Modbus设备发送查询报文)，以轮询PC端口号（8000）下所有Modbus设备的01号功能码查询报文，使用函数sleep(T*1000/N)来控制所有Modbus设备之间的发送间隔，其中T是Modbus设备的每个功能码查询-回应过程的最大用时，为3S，N是与PC端口(8000)通信的Modbus设备的数量；

（b）接收线程接收N个Modbus设备的回应报文并进行报文的解析；

4）重复步骤3），依次发送02-06号功能码查询报文；

完成6次通信过程后，01-06号功能码查询报文全部发送完毕，接收线程完成N个Modbus设备数据的接收工作；

5）重复步骤3）和步骤4），继续完成下次所有功能码的数据查询和接收工作。

所述的DTU是无线传输模块,实现报文无线传输功能。

本发明中步骤1）的处理，使用发送和接受两个线程，使得查询报文和回应报文得到了几乎同步的处理，提高了的程序的资源利用效率，程序响应更快，缩短了运行时间；步骤3)的处理，用sleep(T*1000/N)函数来处理Modbus协议中查询-回应这个过程中的局限性，提供设备足够的请求回应时间，避免了查询报文和回应报文的阻塞碰撞，既提高了通信的正确率，又保证了设备数据的实时性。

本发明的有益效果是：