CN108173817A - 一种基于Modbus-TCP协议的自转换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工业级控制系统数据通信领域，特别是在异构网络之间数据实时通讯领域，具体涉及一种基于Modbus‑TCP协议的自转换方法。针对目前核电控制系统中异构系统之间数据传输存在协议不匹配、传输数据量大、传输距离远的问题，本发明设计了一种基于Modbus‑TCP协议自转换方法。该方法实现了Modbus‑TCP协议与本地总线协议转换，解决了异构系统之间的数据传输；采用Modbus‑TCP网络解决两个异构系统之间要求数据传输量大，传输距离远、传输速率快等问题；采用自定义的RS485总线协议可以快速、定时、准确的实现控制器与网关模块的数据交互，实现将第三方设备/系统接入到核电控制系统，实现自身系统的可用性和扩展性。

Description

一种基于Modbus-TCP协议的自转换方法
技术领域
本发明涉及工业级控制系统数据通信领域，特别是在异构网络之间数据实时通讯领域，具体涉及一种基于Modbus-TCP协议的自转换方法。
背景技术
随着DCS控制系统在核电控制中应用越来越广泛，现场总线技术的发展改变了控制系统的结构，但是随着越来越多的现场总线协议的出现，异构系统之间数据传输变得越来越难，导致无法直接进行数据互访与交互。
同时为避免系统中采用低速、短距离传输的RS232接口，异构系统中需要实现高速、大数据量的快速传输。
Modbus-TCP协议通过目前使用最广泛的以太网协议标准(IEEE802.3)将Modbus协议帧封装到TCP/IP下层协议中，并将该报文在物理层上进行数据传输，该协议有效的解决了串口总线数据传输距离短、传输速率慢、传输数据量少的问题。
自定义的RS485总线协议包括物理层、链路层和自定义应用层。RS485总线物理层采用差分线，在传输距离为100m内，传输速率可以达到Mbps的级别。自定义的RS485总线协议简称本地总线协议。
因此，针对控制系统中现场总线协议的不足，此处介绍一种基于Modbus-TCP协议与本地总线协议相互转换，解决异构系统中传输距离、传输速率和传输数据量的不足的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于Modbus-TCP协议的自转换方法。
实现本发明目的的技术方案：
一种基于Modbus-TCP协议的自转换方法，该方法应用于核电控制系统，网关模块实现将第三方系统接入本系统，实现本系统的可用性和扩展性；
该方法的具体步骤如下：
第一步：协议解析
网关模块收到Modbus-TCP响应报文后，根据Modbus-TCP协议解析得到数据段DU1；
第二步：协议转换
网关模块将数据段DU1按照本地协议实现数据段映射得到相应的数据段DU2；
第三步：协议组包
网关模块将数据段DU2按照本地总线协议组包得到相应的报文，并发送到本地总线网络；
同理，从本地网络发送到Modbus-TCP网络的过程也是如此。
进一步的，如上所述的一种基于Modbus-TCP协议的自转换方法，第二步中实现两种协议的数据段映射，包括地址映射和数据格式转换：
(1)地址映射
地址映射指某一数据从Modbus-TCP缓冲区的某一地址搬移到本地协议缓冲区的某一地址下；
(2)数据格式转换
在Modbus-TCP协议中数据格式如下：
数据类型ModBus_BIT，该数据占用的Modbus寄存器数量1，字节数1bit；
数据类型ModBus_WORD 1，该数据占用的Modbus寄存器数量1，字节数2byte；
数据类型ModBus_DWORD，该数据占用的Modbus寄存器数量2，字节数4byte；
数据类型ModBus_FLOAT 2，该数据占用的Modbus寄存器数量2，字节数4byte；
在本地协议中数据格式如下：
数据类型LocalBus_BIT，表示数字量输入/输出的数据类型，字节数1bit；
数据类型LocalBus_WORD，表示模拟量输出的数据类型，字节数2byte；
数据类型LocalBus_FLOAT，表示模拟量输入的数据类型，字节数4bytet；
从Modbus-TCP总线接收到的ModBus_WORD、ModBus_DWORD、ModBus_FLOAT的模拟量输入，映射到LocalBus_FLOAT的数据类型上再发送到系统的控制器模块；
系统的控制器模块发送的LocalBus_WORD型模拟量输出数据，转为ModBus_WORD、ModBus_DWORD或ModBus_FLOAT的数据类型再发送到Modbus-TCP网络。
本发明的效果在于：
针对目前核电控制系统中异构系统之间数据传输存在协议不匹配、传输数据量大、传输距离远的问题，设计了一种基于Modbus-TCP协议的自转换方法。该方法实现了Modbus-TCP协议与本地总线协议转换，解决了异构系统之间的数据传输；采用Modbus-TCP网络解决两个异构系统之间要求数据传输量大，传输距离远、传输速率快等问题；采用自定义的RS485总线协议可以快速、定时、准确的实现控制器与网关模块的数据交互，实现将第三方设备/系统接入到核电控制系统，实现自身系统的可用性和扩展性。
附图说明
图1为本发明所述的异构系统的框图。
图中：1网关模块，2控制器模块，3控制系统，4第三方系统。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种基于Modbus-TCP协议的自转换方法作进一步描述。
实施例1
一种基于Modbus-TCP协议的自转换方法，该方法应用于核电控制系统，网关模块实现将第三方系统接入本系统，实现本系统的可用性和扩展性；
该方法的具体步骤如下：
第一步：协议解析
网关模块收到Modbus-TCP响应报文后，根据Modbus-TCP协议解析得到数据段DU1；
第二步：协议转换
网关模块将数据段DU1按照本地协议实现数据段映射得到相应的数据段DU2；
第三步：协议组包
网关模块将数据段DU2按照本地总线协议组包得到相应的报文，并发送到本地总线网络；
同理，从本地网络发送到Modbus-TCP网络的过程也是如此。
2.根据权利要求1所述的一种基于Modbus-TCP协议的自转换方法，其特征在于：第二步中实现两种协议的数据段映射，包括地址映射和数据格式转换：
(1)地址映射
地址映射指某一数据从Modbus-TCP缓冲区的某一地址搬移到本地协议缓冲区的某一地址下；
(2)数据格式转换
在Modbus-TCP协议中数据格式如下：
数据类型ModBus_BIT，该数据占用的Modbus寄存器数量1，字节数1bit；
数据类型ModBus_WORD 1，该数据占用的Modbus寄存器数量1，字节数2byte；
数据类型ModBus_DWORD，该数据占用的Modbus寄存器数量2，字节数4byte；
数据类型ModBus_FLOAT 2，该数据占用的Modbus寄存器数量2，字节数4byte；
在本地协议中数据格式如下：
数据类型LocalBus_BIT，表示数字量输入/输出的数据类型，字节数1bit；
数据类型LocalBus_WORD，表示模拟量输出的数据类型，字节数2byte；
数据类型LocalBus_FLOAT，表示模拟量输入的数据类型，字节数4bytet；
从Modbus-TCP总线接收到的ModBus_WORD、ModBus_DWORD、ModBus_FLOAT的模拟量输入，映射到LocalBus_FLOAT的数据类型上再发送到系统的控制器模块；
系统的控制器模块发送的LocalBus_WORD型模拟量输出数据，转为ModBus_WORD、ModBus_DWORD或ModBus_FLOAT的数据类型再发送到Modbus-TCP网络。
实施例2
根据上述描述，通过一个实例进一步描述该专利发明。假设从第三方系统中传输一个模拟量点POINT1，该数据类型为FLOAT。在Modbus-TCP侧需要2个寄存器传输，并且寄存器起始地址定为0x0001；在本地协议侧需要4个字节存放该数据，并且定为通道1，也即通道1数据类型被初始化为FLOAT型。
第一步：网关模块接收到Modbus-TCP报文，解析后得到数据类型为FLOAT的数据，并且bit[24-31]的寄存器地址为0x0001。
第二步：将上述数据从DU1段协议转换到DU2，该FLOAT数据放到DU2的通道1。
第三步：将DU2的数据按照本地总线协议组包，并发送到本地总线网络。

Claims (2)

1.一种基于Modbus-TCP协议的自转换方法，该方法应用于核电控制系统，网关模块实现将第三方系统接入本系统，实现本系统的可用性和扩展性；其特征在于：
该方法的具体步骤如下：
第一步：协议解析
网关模块收到Modbus-TCP响应报文后，根据Modbus-TCP协议解析得到数据段DU1；
第二步：协议转换
网关模块将数据段DU1按照本地协议实现数据段映射得到相应的数据段DU2；
第三步：协议组包
网关模块将数据段DU2按照本地总线协议组包得到相应的报文，并发送到本地总线网络；
同理，从本地网络发送到Modbus-TCP网络的过程也是如此。
2.根据权利要求1所述的一种基于Modbus-TCP协议的自转换方法，其特征在于：第二步中实现两种协议的数据段映射，包括地址映射和数据格式转换：
(1)地址映射
地址映射指某一数据从Modbus-TCP缓冲区的某一地址搬移到本地协议缓冲区的某一地址下；
(2)数据格式转换
在Modbus-TCP协议中数据格式如下：
数据类型ModBus_BIT，该数据占用的Modbus寄存器数量1，字节数1bit；
数据类型ModBus_WORD 1，该数据占用的Modbus寄存器数量1，字节数2byte；
数据类型ModBus_DWORD，该数据占用的Modbus寄存器数量2，字节数4byte；
数据类型ModBus_FLOAT 2，该数据占用的Modbus寄存器数量2，字节数4byte；
在本地协议中数据格式如下：
数据类型LocalBus_BIT，表示数字量输入/输出的数据类型，字节数1bit；
数据类型LocalBus_WORD，表示模拟量输出的数据类型，字节数2byte；
数据类型LocalBus_FLOAT，表示模拟量输入的数据类型，字节数4bytet；
从Modbus-TCP总线接收到的ModBus_WORD、ModBus_DWORD、ModBus_FLOAT的模拟量输入，映射到LocalBus_FLOAT的数据类型上再发送到系统的控制器模块；
系统的控制器模块发送的LocalBus_WORD型模拟量输出数据，转为ModBus_WORD、ModBus_DWORD或ModBus_FLOAT的数据类型再发送到Modbus-TCP网络。
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