CN110955626A - 一种在串行链路上实现Modbus通信的方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在串行链路上实现Modbus通信的方法与系统，本发明通过建立消息队列将主机对从机的控制请求依次下发至从机，且待从机发回响应数据后，才下发第二条请求指令，保证了串行链路下同一时刻只有一个请求事务，数据不发生碰撞；并定义主从机的状态，配合重试机制，提供从机不回复时的解决方案，解决了从机没有及时回复消息导致主机一直处于等待应答状态的问题。解决了串行链路下同时对多从机的控制请求难题，避免了同一时刻对多从机请求所出现的数据丢失、数据错乱的问题，适用于所有云平台控制串行链路上多从机的场景，例如基于串行总线Modbus设备的数据采集和控制以及基于串行总线电表协议设备的数据采集和控制。

Description

一种在串行链路上实现Modbus通信的方法与系统

技术领域

本发明涉及Modbus通信技术应用领域，特别是一种在串行链路上实现Modbus通信的方法与系统。

背景技术

Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言，最初由Modicon公司开发出来，现在Modbus已经是工业领域全球最流行的协议，此协议支持传统的RS232、RS422、RS485以及以太网设备。许多工业设备，包括PLC、智能仪表等都在使用Modbus作为之间的通讯标准，通过Modbus协议，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。

Modbus串行链路协议是一个主从协议，在同一时刻，只有一个主机连接于总线，一个或多个从机连接于同一个串行总线。Modbus通信总是由主机发起，从机在没有收到来自主机的请求时，从不会发送数据，从机之间从不会互相通信，且主机在某一时刻只会发起一个Modbus事务处理。

针对串行链路主从协议的特点，同一时刻从客户端发起的对多个从机的数据采集，将面临以下问题：

如何保证串行链路上同一时刻只有一个请求事务，数据不发生碰撞，顺利响应数据，以及倘若某个从机没有及时回复消息，主机怎么控制指令下发？

发明内容

本发明的目的是提供一种在串行链路上实现Modbus通信的方法与系统，旨在解决现有技术中串行链路下同时对多从机的控制请求难题，避免同一时刻对多从机请求所出现的数据丢失、数据错乱的问题，提高工作效率。

为达到上述技术目的，本发明提供了一种在串行链路上实现Modbus通信的方法，所述方法包括以下步骤：

S1、将主机对同一串行链路上从机的控制请求加入消息队列；

S2、将消息队列中的一条请求指令下发至从机，并对请求指令进行缓存，等待从机响应；

S3、从机检测请求中的动作检验报文，在完成动作后格式化应答并发送至主机；

S4、主机取出缓存中的请求指令对从机的应答数据进行合法性校验以及数据解析，并依次下发消息队列中的请求指令。

优选地，所述消息队列为先进先出。

优选地，所述主机包括以下状态：

空闲状态：只有当主机处于该状态时才能发送请求指令；在发送请求指令后离开该状态，且不能同时发送第二个请求；当从机响应超时且没有收到应答时，进入该状态，主机发送重试请求；

等待应答状态：主机发送请求指令后进入该状态，在该状态下时，启动临界超时判断。

优选地，所述从机包括以下状态：

空闲状态：电源上电后的初始状态；

应答状态：在从机收到主机请求时进入该状态，检测请求中的动作检验报文，当检测到错误时，必须向主机发送应答；在完成动作后格式化应答并发送至主机，如果在接收到的帧中检测到错误，则没有响应返回到主机。

本发明还提供了一种在串行链路上实现Modbus通信的系统，所述系统包括：

消息队列创建模块，用于将主机对同一串行链路上从机的控制请求加入消息队列；

指令下发模块，用于将消息队列中的一条请求指令下发至从机，并对请求指令进行缓存，等待从机响应；

数据响应模块，用于从机检测请求中的动作检验报文，在完成动作后格式化应答并发送至主机；

校验解析模块，用于主机取出缓存中的请求指令对从机的应答数据进行合法性校验以及数据解析，并依次下发消息队列中的请求指令。

优选地，所述消息队列为先进先出。

优选地，所述主机包括以下状态：

空闲状态：只有当主机处于该状态时才能发送请求指令；在发送请求指令后离开该状态，且不能同时发送第二个请求；当从机响应超时且没有收到应答时，进入该状态，主机发送重试请求；

等待应答状态：主机发送请求指令后进入该状态，在该状态下时，启动临界超时判断。

优选地，所述从机包括以下状态：

空闲状态：电源上电后的初始状态；

应答状态：在从机收到主机请求时进入该状态，检测请求中的动作检验报文，当检测到错误时，必须向主机发送应答；在完成动作后格式化应答并发送至主机，如果在接收到的帧中检测到错误，则没有响应返回到主机。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

与现有技术相比，本发明通过建立消息队列，将主机对从机的控制请求依次下发至从机，且待从机发回响应数据后，才下发第二条请求指令，保证了串行链路下同一时刻只有一个请求事务，数据不发生碰撞，顺利响应数据；并定义主从机的状态，配合重试机制，提供从机不回复时的解决方案，当从机无应答时，主机进入等待应答状态，同时启动临界超时判断，避免节点永远处于等待应答状态，当响应超时且没有收到应答时，主机发出重试请求，从而解决了从机没有及时回复消息导致主机一直处于等待应答状态的问题。本发明解决了串行链路下同时对多从机的控制请求难题，避免了同一时刻对多从机请求所出现的数据丢失、数据错乱的问题，适用于所有云平台控制串行链路上多从机的场景，例如基于串行总线Modbus设备的数据采集和控制以及基于串行总线电表协议设备的数据采集和控制。

附图说明

图1为本发明实施例中所提供的一种在串行链路上实现Modbus通信的方法流程图；

图2为本发明实施例中所提供的一种在串行链路上实现Modbus通信的系统框图。

具体实施方式

为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

下面结合附图对本发明实施例所提供的一种在串行链路上实现Modbus通信的方法与系统进行详细说明。

如图1所示，本发明实施例公开了一种在串行链路上实现Modbus通信的方法，所述方法包括以下步骤：

S1、将主机对同一串行链路上从机的控制请求加入消息队列；

S2、将消息队列中的一条请求指令下发至从机，并对请求指令进行缓存，等待从机响应；

S3、从机检测请求中的动作检验报文，在完成动作后格式化应答并发送至主机；

S4、主机取出缓存中的请求指令对从机的应答数据进行合法性校验以及数据解析，并依次下发消息队列中的请求指令。

本发明实施例采用队列技术及消息确认机制，对主从机之间实行一来一回的数据访问，避免由消息碰撞导致数据丢失以及多从机多数据点的数据错乱问题。

将主机对同一串行链路上从机的控制请求，加入消息队列，利用消息队列FIFO先进先出的特点，将第一条指令下发给从机，同时将下发消息进行缓存，用于响应数据的校验及解析。主机等待从机响应，取出缓存的下发指令，对响应数据进行合法性校验，校验通过后进行数据解析。从机响应后，从消息队列中取出第二条指令下发给从机，同时把下发消息进行缓存，用于响应数据的校验与解析。按此方式，消息队列依次下发指令，从而完成主从机之间的所有交互。对于下发指令增加重试机制，确保消息可以到达从机，进而完成数据采集。

为配合重试机制，使主机有序的和从机完成通讯，对主从机状态进行如下定义：

主机定义状态：空闲状态，表示初始状态，只有空闲状态主机才能发送请求，发送请求后主机离开空闲状态，且不能同时发送第二个请求，保证串行链路上同一时刻只有一个请求事务，数据不发生碰撞，顺利响应数据。发送请求后，主机进入等待应答状态，同时启动临界超时判断，避免节点永远处于等待应答状态。当响应超时且没有收到应答时，主机进入空闲状态，并发出一个重试请求，重试次数取决于主机的设置，解决了从机没有及时回复消息导致主机一直处于等待应答状态的问题。

从机定义状态：空闲状态，为电源上电后的初始状态。应答状态，当收到一个请求时，从机处理请求中要求的动作前检验报文包，当检测到错误时，必须向主机发送应答。当要求的动作完成后，单播报文要求必须格式化一个应答并发往主机，如果从机在接收到的帧中检测到错误，则没有响应返回到主机。

本发明实施例通过建立消息队列，将主机对从机的控制请求依次下发至从机，且待从机发回响应数据后，才下发第二条请求指令，保证了串行链路下同一时刻只有一个请求事务，数据不发生碰撞，顺利响应数据；并定义主从机的状态，配合重试机制，提供从机不回复时的解决方案，当从机无应答时，主机进入等待应答状态，同时启动临界超时判断，避免节点永远处于等待应答状态，当响应超时且没有收到应答时，主机发出重试请求，从而解决了从机没有及时回复消息导致主机一直处于等待应答状态的问题。本发明解决了串行链路下同时对多从机的控制请求难题，避免了同一时刻对多从机请求所出现的数据丢失、数据错乱的问题，适用于所有云平台控制串行链路上多从机的场景，例如基于串行总线Modbus设备的数据采集和控制以及基于串行总线电表协议设备的数据采集和控制。

如图2所示，本发明实施例还公开了一种在串行链路上实现Modbus通信的系统，所述系统包括：

消息队列创建模块，用于将主机对同一串行链路上从机的控制请求加入消息队列；

指令下发模块，用于将消息队列中的一条请求指令下发至从机，并对请求指令进行缓存，等待从机响应；

数据响应模块，用于从机检测请求中的动作检验报文，在完成动作后格式化应答并发送至主机；

校验解析模块，用于主机取出缓存中的请求指令对从机的应答数据进行合法性校验以及数据解析，并依次下发消息队列中的请求指令。

利用消息队列创建模块将主机对同一串行链路上从机的控制请求，加入消息队列，利用消息队列FIFO先进先出的特点，通过指令下发模块将第一条指令下发给从机，同时将下发消息进行缓存，用于响应数据的校验及解析。主机通过校验解析模块等待从机响应，待从机通过数据响应模块发送响应数据后，取出缓存的下发指令，对响应数据进行合法性校验，校验通过后进行数据解析。从机响应后，从消息队列中取出第二条指令下发给从机，同时把下发消息进行缓存，用于响应数据的校验与解析。按此方式，消息队列依次下发指令，从而完成主从机之间的所有交互。对于下发指令增加重试机制，确保消息可以到达从机，进而完成数据采集。

为配合重试机制，使主机有序的和从机完成通讯，对主从机状态进行如下定义：

主机定义状态：空闲状态，表示初始状态，只有空闲状态主机才能发送请求，发送请求后主机离开空闲状态，且不能同时发送第二个请求，保证串行链路上同一时刻只有一个请求事务，数据不发生碰撞，顺利响应数据。发送请求后，主机进入等待应答状态，同时启动临界超时判断，避免节点永远处于等待应答状态。当响应超时且没有收到应答时，主机进入空闲状态，并发出一个重试请求，重试次数取决于主机的设置，解决了从机没有及时回复消息导致主机一直处于等待应答状态的问题。

从机定义状态：空闲状态，为电源上电后的初始状态。应答状态，当收到一个请求时，从机处理请求中要求的动作前检验报文包，当检测到错误时，必须向主机发送应答。当要求的动作完成后，单播报文要求必须格式化一个应答并发往主机，如果从机在接收到的帧中检测到错误，则没有响应返回到主机。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种在串行链路上实现Modbus通信的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、将主机对同一串行链路上从机的控制请求加入消息队列；

S2、将消息队列中的一条请求指令下发至从机，并对请求指令进行缓存，等待从机响应；

S3、从机检测请求中的动作检验报文，在完成动作后格式化应答并发送至主机；

S4、主机取出缓存中的请求指令对从机的应答数据进行合法性校验以及数据解析，并依次下发消息队列中的请求指令。

2.根据权利要求1所述的一种在串行链路上实现Modbus通信的方法，其特征在于，所述消息队列为先进先出。

3.根据权利要求1所述的一种在串行链路上实现Modbus通信的方法，其特征在于，所述主机包括以下状态：

空闲状态：只有当主机处于该状态时才能发送请求指令；在发送请求指令后离开该状态，且不能同时发送第二个请求；当从机响应超时且没有收到应答时，进入该状态，主机发送重试请求；

等待应答状态：主机发送请求指令后进入该状态，在该状态下时，启动临界超时判断。

4.根据权利要求1所述的一种在串行链路上实现Modbus通信的方法，其特征在于，所述从机包括以下状态：

空闲状态：电源上电后的初始状态；

应答状态：在从机收到主机请求时进入该状态，检测请求中的动作检验报文，当检测到错误时，必须向主机发送应答；在完成动作后格式化应答并发送至主机，如果在接收到的帧中检测到错误，则没有响应返回到主机。

5.一种在串行链路上实现Modbus通信的系统，其特征在于，所述系统包括：

消息队列创建模块，用于将主机对同一串行链路上从机的控制请求加入消息队列；

指令下发模块，用于将消息队列中的一条请求指令下发至从机，并对请求指令进行缓存，等待从机响应；

数据响应模块，用于从机检测请求中的动作检验报文，在完成动作后格式化应答并发送至主机；

校验解析模块，用于主机取出缓存中的请求指令对从机的应答数据进行合法性校验以及数据解析，并依次下发消息队列中的请求指令。

6.根据权利要求5所述的一种在串行链路上实现Modbus通信的系统，其特征在于，所述消息队列为先进先出。

7.根据权利要求5所述的一种在串行链路上实现Modbus通信的系统，其特征在于，所述主机包括以下状态：

空闲状态：只有当主机处于该状态时才能发送请求指令；在发送请求指令后离开该状态，且不能同时发送第二个请求；当从机响应超时且没有收到应答时，进入该状态，主机发送重试请求；

等待应答状态：主机发送请求指令后进入该状态，在该状态下时，启动临界超时判断。

8.根据权利要求5所述的一种在串行链路上实现Modbus通信的系统，其特征在于，所述从机包括以下状态：

空闲状态：电源上电后的初始状态；

应答状态：在从机收到主机请求时进入该状态，检测请求中的动作检验报文，当检测到错误时，必须向主机发送应答；在完成动作后格式化应答并发送至主机，如果在接收到的帧中检测到错误，则没有响应返回到主机。

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