CN111510363A - 基于modbus协议的从站转换装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于MODBUS协议的从站转换装置及其控制方法，其中，基于MODBUS协议的从站转换装置包括：从站模块、转换模块和主站模块依次网络连接，所述转换模块将多个MODBUS从站映射成一个新的MODBUS从站。本发明的基于MODBUS协议的从站转换装置，通过从站模块将多个MODBUS从站采用组网方式连接，通过转换模块将多个MODBUS从站映射成一个新的MODBUS从站，并通过主站模块对新的MODBUS从站进行一次扫描完成对多个MODBUS从站的读或写，从而有效简化上位机应用的繁琐，并可以很大程度地提升传统MODBUS模块总线系统中的通讯速率。

Description

基于MODBUS协议的从站转换装置及其控制方法

技术领域

本发明属于MODBUS协议技术领域，具体涉及一种基于MODBUS协议的从站转换装置及其控制方法。

背景技术

MODBUS协议是一种应用于电子控制器上的通用语言,通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。MODBUS协议已经成为一通用工业标准，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协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备以及许多工业设备，包括PLC、DCS、智能仪表等都在使用MODBUS协议作为他们之间的通讯标准。

但是，当现有的MODBUS主站对多个MODBUS从站进行读或写时，需要进行多次读或写操作，过程繁琐，MODBUS总线系统中的通讯速率低下。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于MODBUS协议的从站转换装置，通过转换模块将多个MODBUS从站映射成一个新的MODBUS从站，一次扫描新的MODBUS从站即可完成对多个MODBUS从站的读或写，从而有效简化上位机应用的繁琐，并可以很大程度地提升传统MODBUS模块总线系统中的通讯速率。

本发明的另一目的是提供一种基于MODBUS协议的从站转换装置的控制方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于MODBUS协议的从站转换装置，其包括从站模块、转换模块以及主站模块，所述从站模块、所述转换模块和所述主站模块依次网络连接，所述从站模块内部将多个MODBUS从站采用组网方式连接，所述转换模块将所述多个MODBUS从站映射成一个新的MODBUS从站，所述主站模块对新的MODBUS从站进行一次扫描，即可完成对多个MODBUS从站的读或写。

优选地，所述转换模块包括依次连接的MODBUS主站接口单元、MCU单元和MODBUS从站接口单元，所述MODBUS主站接口单元连接从站模块以用于接收多个MODBUS从站的属性数据，所述MCU单元用于将MODBUS主站接口单元接收的多个MODBUS从站的属性数据按照类型映射成一个新的MODBUS从站数据表，所述MODBUS从站接口单元连接主站模块以用于主站模块读或写新的MODBUS从站数据表的数据。

优选地，所述从站模块包括外部多个MODBUS从站，所述外部多个MODBUS从站采用串行连接的组网方式进行依次连接。

优选地，所述MODBUS从站的属性数据包括线圈寄存器、离散寄存器、输入寄存器和保持寄存器。

优选地，所述MODBUS主站接口单元支持RS-232、RS-422、RS-485、以太网设备、I2C、SPI以及自定义通信接口，所述MODBUS主站接口单元内置主站扫描协议。

优选地，所述MODBUS从站接口单元支持RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备通信接口，所述MODBUS从站接口单元内置从站扫描协议。

优选地，所述主站模块设置在外部其他控制主机内部。

本发明的另一个技术方案是这样实现的：

一种基于所述的基于MODBUS协议的从站转换装置的控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

S1、从站模块内部将多个MODBUS从站采用组网方式进行连接；

S2、所述转换模块将S1中从站模块内部的多个MODBUS从站映射成一个新的MODBUS从站；

S3、所述主站模块对S2中转换模块内新的MODBUS从站进行一次扫描周期，即可完成对多个MODBUS从站的读或写。

优选地，所述S1中，

所述组网方式采用串行通讯的连接方式，所述MODBUS从站的属性数据包括线圈寄存器数据、离散寄存器数据、输入寄存器数据和保持寄存器数据。

优选地，所述S2中，

所述转换模块将S1中的多个MODBUS从站映射成一个新的MODBUS从站，具体为：

所述转换模块将多个MODBUS从站的属性数据按照类型依次排序，映射成一个新的MODBUS从站数据表，以便主站模块读或写。

与现有技术相比，本发明的基于MODBUS协议的从站转换装置，通过从站模块将多个MODBUS从站采用组网方式连接，通过转换模块将多个MODBUS从站映射成一个新的MODBUS从站，并通过主站模块对新的MODBUS从站进行一次扫描完成对多个MODBUS从站的读或写，从而有效简化上位机应用的繁琐，并可以很大程度地提升传统MODBUS模块总线系统中的通讯速率。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的一种基于MODBUS协议的从站转换装置的整体结构示意图；

图2是本发明实施例1提供的一种基于MODBUS协议的从站转换装置的转换模块的结构示意图；

图3是本发明实施例1提供的一种基于MODBUS协议的从站转换装置的从站模块的结构示意图；

图4是本发明实施例2提供的一种基于MODBUS协议的从站转换装置的控制方法的流程图。

附图标记说明

1-从站模块，2-转换模块，21-MODBUS主站接口单元，22-MCU单元，23-MODBUS从站接口单元，3-主站模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明实施例1提供一种基于MODBUS协议的从站转换装置，如图1所示，其包括从站模块1、转换模块2和主站模块3，所述从站模块1、转换模块2和主站模块3依次网络连接，所述从站模块1内部将多个MODBUS从站采用组网方式连接，所述转换模块2将多个MODBUS从站映射成一个新的MODBUS从站，所述主站模块3对新的MODBUS从站进行一次扫描，即可完成对多个MODBUS从站的读或写。

这样，通过从站模块1将多个MODBUS从站采用组网方式连接，通过转换模块2将多个MODBUS从站映射成一个新的MODBUS从站，并通过主站模块3对新的MODBUS从站进行一次扫描，即可完成对多个MODBUS从站的读或写，从而有效简化上位机应用的繁琐，并可以很大程度地提升传统MODBUS模块总线系统中的通讯速率。

如图2所示，所述转换模块2包括依次连接的MODBUS主站接口单元21、MCU单元22和MODBUS从站接口单元23，所述MODBUS主站接口单元21连接从站模块1以用于接收多个MODBUS从站的属性数据，所述MCU单元22用于将MODBUS主站接口单元21接收的多个MODBUS从站的属性数据按照类型映射成一个新的MODBUS从站数据表，所述MODBUS从站接口单元23连接主站模块3以用于主站模块3读或写新的MODBUS从站数据表的数据。

这样，通过MODBUS主站接口单元21连接采用组网方式连接的多个MODBUS从站，并接收多个MODBUS从站的数据，通过MCU单元22将多个MODBUS从站的数据依次映射成一个新的MODBUS从站的数据表，从而通过MODBUS从站接口单元23连接主站模块3以便主站模块3读或写新的MODBUS从站的数据表，并对应读或写组网方式连接多个MODBUS从站。

如图3所示，所述从站模块1包括外部多个MODBUS从站，所述外部多个MODBUS从站采用串行连接的组网方式进行依次连接。

这样，将多个MODBUS从站(即MODBUS从站1、MODBUS从站2......MODBUS从站n)采用串行通讯的组网方式进行依次连接。

所述MODBUS从站的属性数据包括线圈寄存器、离散寄存器、输入寄存器和保持寄存器。

这样，将多个MODBUS从站内的线圈寄存器、离散寄存器、输入寄存器和保持寄存器的个数依次累加，作为映射转换后的新的MODBUS从站的线圈寄存器、离散寄存器、输入寄存器和保持寄存器。

传统的MODBUS从站设备，标准配置有开关量输入线圈(线圈寄存器)、开关量输出线圈(离散寄存器)、只读寄存器(输入寄存器)以及读写寄存器(保持寄存器)四种常用属性元件；本装置根据MODBUS主站接口单元21物理上挂接的MODBUS从站数量；以及每个MODBUS从站的开关量输入线圈、开关量输出线圈，只读寄存器以及读写寄存器数量进入统计，方法如下：

1、将所有MODBUS从站的开关量输入线圈进行个数累加，作为转换后的新MOBBUS从站的开关量输入线圈个数。

2、将所有MODBUS从站的开关量输出线圈进行个数累加，作为转换后的新MOBBUS从站的开关量输出线圈个数。

3、将所有MODBUS从站的只读寄存器进行个数累加，作为转换后的新MOBBUS从站的只读寄存器个数。

4、将所有MODBUS从站的读写寄存器进行个数累加，作为转换后的新MOBBUS从站的读写寄存器个数。

假设MODBUS从站为5个，每个从站的开关量输入线圈、开关量输出线圈，只读寄存器以及读写寄存器数量属性如下：

表1从站元件详情表

那么转换后的从站元件表如下：

表2转换后的本装置内的从站元件详情表

当其他MODBUS主站访问本MODBUS从站时，直接从映射转换后的新的MODBUS从站的元件表中获取数据，其中：

1～8地址的开关量输出对应实际的1号MODBUS从站的8个输出线圈；

9～24地址的开关量输出对应实际的2号MODBUS从站的16个输出线圈；

25～40地址的开关量输出对应实际的3号MODBUS从站的16个输出线圈；

41～60地址的开关量输出对应实际的4号MODBUS从站的20个输出线圈；

61～92地址的开关量输出对应实际的5号MODBUS从站的32个输出线圈；其他元件以此类推。

所述MODBUS主站接口单元21支持RS-232、RS-422、RS-485、以太网设备、I2C、SPI以及自定义通信接口，所述MODBUS主站接口单元21内置主站扫描协议。

这样，通过MODBUS主站接口单元21内置主站扫描协议，并且支持RS-232、RS-422、RS-485、以太网设备、I2C、SPI以及自定义通信接口等多种通信接口，从而使该装置可以适应于多种不同通信接口的MODBUS从站。

所述MODBUS从站接口单元23支持RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备通信接口，所述MODBUS从站接口单元23内置从站扫描协议。

这样，通过MODBUS从站接口单元23内置从站扫描协议，并且支持RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备等多种通信接口，从而使该装置可以适应于多种不同通信接口的MODBUS主站。

所述主站模块3设置在外部其他控制主机内部。

这样，通过设置在外部其他控制主机内部的主站模块3发布MOSBUS命令请求，通过转换模块2判读元件类型、元件的读/写地址及数量等数据信息，根据上述数据信息重新生产实际对应MOSBUS从站的MOSBUS命令请求，并发送至对应的MOSBUS从站。

同时，MCU单元22对于输入型元件，采取一直扫描方式，并实时刷新到新的地址映射表中，其他控制主机的主站模块3只需直接读取，省去需要其他主站模块3转为串行通讯而产生的请求和应答时间。对于输出型元件，其必定受其他控制主机的主站模块3控制，因此，除初始化以外，只有收到其他控制主机的主站模块3的控制命令后才发起写数据到实际从站的动作，本装置会立即停止当前正在执行的MOSBUS从站扫描任务，插入新的写数据到MOSBUS从站的命令，该方法只有在有写数据请求时候，才执行；可有效减少本装置对MOSBUS从站不必要的扫描时间。另外，为防止写入失败，只有在收到MOSBUS从站返回的写入成功的条件下才会停止该输出的循环写入。

因为MOSBUS从站的多个设备采用串行通讯，为保证有效通讯，每次请求后都会有应答超时，这个超时时间必须有效保证通讯，但又不能影响每1轮扫描时间(即从第1个从站的第1个元件开始到最后1个从站的最后1个元件结束，上例中正常通讯下，有4*5＝20次请求，20次应答)。本装置根据每个实际从站的元件类型、数量以及总线上的通讯波特率计算物理上需要的耗时再加上实际从站的响应延时；如总线采用9600的波特率，8位数据位，1位停止位，无校验位通讯；每传输1字节的时间约为：1000000*(8+1+1)/9600≈1MS。然后再根据MODBUS协议请求，对每次通讯的请求报文长度，应答报文长度，并结合应答延时，实时计算本次最大等待时间，实现有效节省通讯等待时间。

这样，本发明通过从站模块将多个MODBUS从站采用串行通讯方式连接，并将多个MODBUS从站的数据通过串行通讯发送至转换模块的MODBUS主站接口单元，转换模块将MODBUS主站接口单元接收的多个MODBUS从站的数据映射转换成一个新的MODBUS从站数据表，并通过MODBUS从站接口单元与主站模块模块连接，从而实现主站模块3一次扫描新的MODBUS从站数据表即可完成对多个MODBUS从站的数据的读或写操作，有效简化上位机应用的繁琐，并可以很大程度地提升传统MODBUS模块总线系统中的通讯速率。

实施例2

如图4所示，本发明实施例2提供一种基于MODBUS协议的从站转换装置的控制方法，具体包括如下步骤：

S1、从站模块内部将多个MODBUS从站采用组网方式进行连接；

S2、所述转换模块将S1中从站模块内部的多个MODBUS从站映射成一个新的MODBUS从站；

S3、所述主站模块对S2中转换模块内新的MODBUS从站进行一次扫描周期，即可完成对多个MODBUS从站的读或写。

所述S1中，所述组网方式采用串行通讯连接方式，所述MODBUS从站的属性数据包括线圈寄存器数据、离散寄存器数据、输入寄存器数据和保持寄存器数据。

这样，即可将多个MODBUS从站内的圈寄存器数据、离散寄存器数据、输入寄存器数据和保持寄存器数据进行依次累计叠加形成数据表，便于主站模块3快速访问。

所述S2中，所述转换模块将S1中的多个MODBUS从站映射成一个新的MODBUS从站，具体为：

所述转换模块将多个MODBUS从站的属性数据按照类型依次排序，映射成一个新的MODBUS从站数据表，以便主站模块读或写。

这样，通过主站模块一次扫描新的MODBUS从站数据表，即可完成对多个MODBUS从站属性数据的读或写操作，简化扫描时间，

本发明的基于MODBUS协议的从站转换装置的控制方法，通过从站模块内部将多个MODBUS从站采用组网方式进行连接，通过转换模块将从站模块内部的多个MODBUS从站映射成一个新的MODBUS从站，通过主站模块对转换模块内新的MODBUS从站进行一次扫描，即可完成对多个MODBUS从站的读或写，有效简化上位机应用的繁琐，并可以很大程度地提升传统MODBUS模块总线系统中的通讯速率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于MODBUS协议的从站转换装置，其特征在于，其包括从站模块(1)、转换模块(2)和主站模块(3)，所述从站模块(1)、转换模块(2)和主站模块(3)依次网络连接，所述从站模块(1)内部将多个MODBUS从站采用组网方式连接，所述转换模块(2)将多个MODBUS从站映射成一个新的MODBUS从站，所述主站模块(3)对新的MODBUS从站进行一次扫描，即可完成对多个MODBUS从站的读或写。

2.根据权利要求1所述的基于MODBUS协议的从站转换装置，其特征在于，所述转换模块(2)包括依次连接的MODBUS主站接口单元(21)、MCU单元(22)和MODBUS从站接口单元(23)，所述MODBUS主站接口单元(21)连接从站模块(1)以用于接收多个MODBUS从站的属性数据，所述MCU单元(22)用于将MODBUS主站接口单元(21)接收的多个MODBUS从站的属性数据按照类型映射成一个新的MODBUS从站数据表，所述MODBUS从站接口单元(23)连接主站模块(3)以用于主站模块(3)读或写新的MODBUS从站数据表的数据。

3.根据权利要求2所述的基于MODBUS协议的从站转换装置，其特征在于，所述从站模块(1)包括外部多个MODBUS从站，所述外部多个MODBUS从站采用串行连接的组网方式进行依次连接。

4.根据权利要求3所述的基于MODBUS协议的从站转换装置，其特征在于，所述MODBUS从站的属性数据包括线圈寄存器、离散寄存器、输入寄存器和保持寄存器。

5.根据权利要求4所述的基于MODBUS协议的从站转换装置，其特征在于，所述MODBUS主站接口单元(21)支持RS-232、RS-422、RS-485、以太网设备、I2C、SPI以及自定义通信接口，所述MODBUS主站接口单元(21)内置主站扫描协议。

6.根据权利要求5所述的基于MODBUS协议的从站转换装置，其特征在于，所述MODBUS从站接口单元(23)支持RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备通信接口，所述MODBUS从站接口单元(23)内置从站扫描协议。

7.根据权利要求1-6任一项所述的基于MODBUS协议的从站转换装置，其特征在于，所述主站模块(3)设置在外部其他控制主机内部。

8.一种基于权利要求1-7任一项所述的基于MODBUS协议的从站转换装置的控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

S1、从站模块内部将多个MODBUS从站采用组网方式进行连接；

S2、所述转换模块将S1中从站模块内部的多个MODBUS从站映射成一个新的MODBUS从站；

S3、所述主站模块对S2中转换模块内新的MODBUS从站进行一次扫描周期，即可完成对多个MODBUS从站的读或写。

9.根据权利要求8所述的基于MODBUS协议的从站转换装置的控制方法，其特征在于，所述S1中，所述组网方式采用串行通讯连接方式，所述MODBUS从站的属性数据包括线圈寄存器数据、离散寄存器数据、输入寄存器数据和保持寄存器数据。

10.根据权利要求8或9所述的基于MODBUS协议的从站转换装置的控制方法，其特征在于，所述S2中，所述转换模块将S1中的多个MODBUS从站映射成一个新的MODBUS从站，具体为：

所述转换模块将多个MODBUS从站的属性数据按照类型依次排序，映射成一个新的MODBUS从站数据表，以便主站模块读或写。

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