CN110213385A - 一种工业设备Modbus串行通信的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业设备Modbus串行通信的方法，提出一种基于云的服务架构和对应的通信机制，Modbus从工业设备通过DTU连接互联网与云服务主动建立TCP连接,然后云服务利用建立的连接反向向从设备发送指令,以实现Modbus的主从通信机制，解决了用可伸缩的云服务模式连接大量Modbus设备；SlaveID和IP地址不足以标识一个设备同时由于数据的不兼容，大量的互联网数据处理工具很难直接用于Modbus数据等问题。

Description

一种工业设备Modbus串行通信的方法
技术领域
本发明涉及云和互联网环境下的工业设备服务架构，特别涉及工业设备Modbus串行通信的方法。
技术背景
Modbus是一种在工业自动化领域广泛使用的协议。现存大量的工业设备支持Modbus协议,并通过串行口与外界交换数据。这些设备往往运行在一个点对点或者小规模的串口网络上。设备用1-255的SlaveID作为标识,并通过主-从模式发送指令以及交换数据。指令由主设备发出,从设备收到指令后执行操作,返回结果或相应的数据。
近年来，随着互联网的发展,对于运行于互联网云服务上的监控系统(主设备),如何连接并操作串口Modbus设备渐渐成为工业远程监控的最大的挑战，比如虚拟串口需要系统级别的设置,并且需要占用一台专用机器,难以实现用可伸缩的云服务模式连接大量Modbus设备；其次，互联网环境需要连接大量来自不同网络的设备,SlaveID和IP地址都不足以标识一个设备；还有，由于数据的不兼容，大量的互联网数据处理工具很难直接用于Modbus数据。
发明内容
本发明为解决上述问题，提出一种基于云的服务架构和对应的通信机制。Modbus从工业设备通过DTU连接互联网与云服务主动建立TCP连接,然后云服务利用建立的连接反向向从设备发送指令,以实现Modbus的主从通信机制，具体实现如下所述:
一种工业设备Modbus串行通信的方法，如下所述：
云服务端作为虚拟的Modbus主设备运行,并暴露出一个公网可以访问的IP地址和对应的端口,用于接收来自从设备的TCP连接，包括如下步骤；
S1：工业Modbus设备通过DTU连接互联网,并设置将串口通过TCP协议连接到云服务的公网IP和端口上；
S2:发送连接请求：由工业Modbus从设备在没有接收到任何指令的情况下主动发送一个请求，如果从设备是可编程的,通过运行于设备上的程序实现该请求；如果从设备是不可编程的,通过DTU配置实现该请求；
S3：建立初始连接：
S3.1:步骤S2所述请求触发DTU向指定的云服务端建立连接；
S3.2云服务端接收到TCP连接后,记录该设备的SlaveID并丢弃该请求,保持TCP连接；
优选的，在步骤S3中，云服务端使用互联网字符串格式ID，来标示Modbus设备，从设备需要将自己对应的字符串ID写入自己的Modbus的16位寄存器中的一个约定的位置，在建立初始连接之后,云服务会首先用Modbus命令向从设备发出请求,读约定的Modbus寄存器,并用返回数据拼出字符串ID以确定从设备身份。
优选的，云服务端对每一个设备有配置,记录每个参数的寄存器地址和数据格式,以将数据翻译成互联网数据格式。
优选的，所述互联网字符串格式包括但不限于CUID格式；所述互联网数据格式包括但不限于JSON格式。
综上所述，由于本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果与优点：
1、实现了用可伸缩的云服务模式连接大量Modbus设备，通过虚拟串口方法,解决了用以太网Modbus的方式,由于DTU的动态IP,互联网防火墙和NAT网关的原因,导致云服务基本无法发起向DTU的连接问题。
2、实现了互联网环境需要连接大量来自不同网络的设备,SlaveID和IP地址都不足以标识一个设备。
3、Modbus数据是基于字节的数据,本发明通过云服务端作为虚拟的Modbus主设备，兼容了Modbus服务端与互联网采用的基于文本的数据格式(比如JSON,XML)并不兼容的问题，使得大量的互联网数据处理工具可以直接用于Modbus数据。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明标示Modbus设备的流程图
具体实施方式
如图1所示的一种工业设备Modbus串行通信的方法，如下所述：
云服务端作为虚拟的Modbus主设备运行,并暴露出一个公网可以访问的IP地址和对应的端口,用于接收来自从设备的TCP连接，包括如下步骤；
S1：工业Modbus设备通过DTU连接互联网,并设置将串口通过TCP协议连接到云服务的公网IP和端口上；
S2:发送连接请求：由工业Modbus从设备在没有接收到任何指令的情况下主动发送一个请求，如果从设备是可编程的,通过运行于设备上的程序实现该请求；如果从设备是不可编程的,通过DTU配置实现该请求；
S3：建立初始连接：
S3.1:步骤S2所述请求触发DTU向指定的云服务端建立连接；
S3.2云服务端接收到TCP连接后,记录该设备的SlaveID并丢弃该请求,保持TCP连接；
如图2所述，在步骤S3中，云服务端使用互联网常用的字符串ID(例如CUID格式)来标示Modbus设备，从设备需要将自己对应的字符串ID写入自己的Modbus的16位寄存器中的一个约定的位置(例如地址0-12)，在建立初始连接之后，云服务会首先用Modbus命令向从设备发出请求，读约定的Modbus寄存器，并用返回数据拼出字符串ID以确定从设备身份。
例如，约定设备的16位寄存器0-12存放设备标识，格式为CUID字符串，设备SlaveID:1
在Modbus寄存器中的数据:
寄存器地址 数据
0 63 6A
1 6C 64
2 32 63
3 6A 78
4 68 30
5 30 30
6 30 71
7 7A 72
8 6D 6E
9 38 33
10 31 69
11 37 72
12 6E 00
云服务发出的Modbus读指令:01 04 0000 000C<CRC>
从设备返回的数据转换成字符串:1cjld2cjxh0000qzrmn831i7rn
云服务端对每一个设备有配置，记录每个参数的寄存器地址和数据格式，以将数据翻译成互联网数据格式。
以JSON格式为例，配置和转换结果例子如下:
所述互联网字符串格式使用CUID格式；所述互联网数据格式使用JSON格式。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化与变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (4)

1.一种工业设备Modbus串行通信的方法，其特征在于，包括如下步骤：
云服务端作为虚拟的Modbus主设备运行,并暴露出一个公网可以访问的IP地址和对应的端口,用于接收来自从设备的TCP连接，包括如下步骤；
S1：工业Modbus设备通过DTU连接互联网,并设置将串口通过TCP协议连接到云服务的公网IP和端口上；
S2:发送连接请求：由工业Modbus从设备在没有接收到任何指令的情况下主动发送一个包含SlaveID的Modbus请求，如果从设备是可编程的,通过运行于设备上的程序实现该请求；如果从设备是不可编程的,通过连接设备串口的DTU(data transfer unit)的Modbus.RTU配置实现该请求；
S3：建立初始连接：
S3.1:步骤S2所述请求触发DTU向指定的云服务端建立连接；
S3.2云服务端接收到TCP连接后,记录该设备的SlaveID并丢弃该请求,保持TCP连接；
S3.3云服务端利用该连接持续向DTU发送Modbus指令。
2.根据权利要求1所述的一种工业设备Modbus串行通信的方法，其特征在于：在步骤S3中，云服务端使用互联网字符串格式ID，来标示Modbus设备，从设备将对应的字符串ID写入该设备的Modbus16位寄存器中，建立初始连接之后,云服务端首先用Modbus命令向从设备发出请求,读取Modbus寄存器,并用返回数据拼出字符串ID确定从设备身份。
3.根据权利要求1所述的一种工业设备Modbus串行通信的方法，其特征在于：云服务端对连接的每一个设备进行配置,记录每个参数的寄存器地址和数据格式,将数据翻译成互联网数据格式。
4.根据权利要求2或3所述的一种工业设备Modbus串行通信的方法，其特征在于：所述互联网字符串格式包括但不限于CUID格式；所述互联网数据格式包括但不限于JSON格式。
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