CN115941819B - 一种基于动模仿真系统的组态化modbus规约接入方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法及装置，方法包括，关联仿真配电网络的组态设备，与相关设备建立映射关系；依据所述映射关系，建立全局MODBUS协议字段模型；基于所述全局MODBUS协议字段模型，以图形化模式从字段模型中选取协议字段，按照设备规约拼接成报文结构；生成MODBUS报文组态参数，并构建设备的读写操作报文。本发明以图形方式进行MODBUS通信报文的结构组态，采用通用的组态化MODBUS规约解决多种设备的规约接入，解决动模仿真系统大量自动化设备MODBUS规约接入的工程效益和接口一致性问题；组态报文字段可灵活配置，适应各类设备的通信需求；减少规约开发工作量，提高工程效率。
Description
技术领域
本发明涉及配网仿真验证技术领域，尤其涉及一种基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法。
背景技术
配网动模仿真系统在配网技术研究和新技术验证领域有着重要的作用，配网动模仿真系统通过接入各种模拟设备并搭建组态配电网络构建试验场景，接入设备包括配电终端、模拟负载、模拟线路、模拟电源等多种类型的组态设备，动模软件平台基于组态网络模型控制组态设备运行触发各种试验场景。组态设备一般通过MODBUS规约进行通信，动模系统接入的大量组态设备都有其各自的通信协议，动模软件平台为实现设备通信需要针对每种设备编写通信规约，大量的规约接入增加了动模软件平台的复杂度。
MODBUS规约通过主从设备约定格式的报文进行通信，因其简单灵活的报文结构在工业自动化中有着广泛应用。MODBUS规约采用特定的读写功能码并以“数据地址+数据值”的方式对设备数据进行统一编码，主站通过指定数据地址和功能码对设备进行读写操作。由于MODBUS规约的定制化程度较高，设备厂家为满足功能需求通常会采用非标协议，导致协议接口需要定制化处理，大量设备规约的接入增加了动模软件平台接口的工作量。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明提供了一种基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法及装置解决目前由于MODBUS规约的定制化程度较高，协议接口由于各设备采用的非标协议，需要定制化处理，大量设备规约的接入增加了动模软件平台接口的工作量的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法，包括：
关联仿真配电网络的组态设备，与相关设备建立映射关系；
依据所述映射关系，建立全局MODBUS协议字段模型；
基于所述全局MODBUS协议字段模型，以图形化模式从字段模型中选取协议字段，按照设备规约拼接成报文结构；
生成MODBUS报文组态参数，并构建设备的读写操作报文。
作为本发明所述的基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法的一种优选方案，其中：所述组态设备包括，仿真配电网络的可控负荷、程控电源、具体测量显示功能的终端设备。
作为本发明所述的基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法的一种优选方案，其中：所述建立映射关系，包括，
指定报文组态的对象ID绑定至仿真配电网络的某个相关的组态设备；
组态操作均基于所述某个相关的组态设备的通信协议进行。
作为本发明所述的基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法的一种优选方案，其中：所述全局MODBUS协议字段模型，包括MODBUS-RTU和MODBUS-TCP协议的所有标准与非标的字段参数。
作为本发明所述的基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法的一种优选方案，其中：所述以图形化模式从字段模型中选取协议字段，按照设备规约拼接成报文结构，包括，
建立MODBUS协议字段图形库，依据MODBUS协议形成对应的组态图元集合；
设定组态报文图形框架，所述组态报文图形框架包括设备通信报文各字段的框架模型；
依据组态设备自身报文格式，选择所述组态图元集合中对应的图元个体，将所述图元个体逐个填入所述组态报文图形框架，或，调整所述图元个体在组态报文图形框架中的位置，并配置对应的每个字段参数；
所述每个字段参数，包括，字段字节长度、标识字符和CRC校验方式。
作为本发明所述的基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法的一种优选方案，其中：依据组态设备的非标格式，建立所述图元集合，集合中包含n个图元个体，所述任一图元个体对应一个MODBUS协议字段；
当接收到组态设备的非标格式后，所述组态报文图形框架进行筛选，得到适用于此组态设备的第一模型框架，所述第一模型框架设置于第一图层；
依据组态设备的非标格式，所述n个图元个体在第二图层进行显示；
将符合第一模型框架的m个图元个体从第二图层拖入第一图层，并在所述第一模型框架内依据所述字段参数进行排列；
所述m个图元个体落入n个图元个体的范围内；
若m个图元个体在第一模型框架内未按非标格式进行排列，则自动报错；
同时，将错误图元拖入第二图层，从n个图元个体中重新拖入正确的图元个体进入第一图层进行调整。
作为本发明所述的基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法的一种优选方案，其中：所述每个字段参数，包括，字段字节长度、标识字符和CRC校验方式。
作为本发明所述的基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法的一种优选方案，其中：所述生成MODBUS报文组态参数，包括读写、设备返回数据报文参数；并构建设备的读写操作报文，具体包括，采用通用设备接口规约依据所述组态参数和控制指令构建读写操作报文；设备返回数据后根据组态参数解析报文。
第二方面，本发明提供了基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法的装置，包括，
关联模块，用于关联仿真配电网络的组态设备，与相关设备建立映射关系；
模型构建模块，用于依据所述映射关系，建立全局MODBUS协议字段模型；
报文组态图形模块，用于基于所述全局MODBUS协议字段模型，以图形化模式从字段模型中选取协议字段，按照设备规约拼接成报文结构；
读写构建模块，用于生成MODBUS报文组态参数，并构建设备的读写操作报文。
第三方面，本发明提供了一种计算设备，包括：
存储器和处理器；
所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法的步骤。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明以图形方式进行MODBUS通信报文的结构组态，采用通用的组态化MODBUS规约解决多种设备的规约接入，解决动模仿真系统大量自动化设备MODBUS规约接入的工程效益和接口一致性问题；组态报文字段可灵活配置，适应各类设备的通信需求；减少规约开发工作量，提高工程效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明一个实施例所述的基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法的流程示意图；
图2为本发明一个实施例所述的基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法中图形化模式的组态功能示意图；
图3为本发明一个实施例所述的基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法中设备接口规约示意图；
图4为本发明一个实施例所述的基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法的装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1-3，为本发明的一个实施例，提供了一种基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法，包括：
S1：关联仿真配电网络的组态设备，与相关设备建立映射关系；
更进一步的，组态设备包括，仿真配电网络的可控负荷、程控电源、具体测量显示功能的终端设备。
S2：依据映射关系，建立全局MODBUS协议字段模型；
更进一步的，建立映射关系，包括，
指定报文组态的对象ID绑定至仿真配电网络的某个相关的组态设备；
组态操作均基于某个相关的组态设备的通信协议进行。
更进一步的，全局MODBUS协议字段模型，包括MODBUS-RTU和MODBUS-TCP协议的所有标准与非标的字段参数。
应说明的是，所有标准与非标的字段参数包括，起始字节、设备地址、功能码、寄存器地址、CRC校验、结束字符等字段。
S3：基于全局MODBUS协议字段模型，以图形化模式从字段模型中选取协议字段，按照设备规约拼接成报文结构；
更进一步的，以图形化模式从字段模型中选取协议字段，按照设备规约拼接成报文结构，包括，
建立MODBUS协议字段图形库，依据MODBUS协议形成对应的组态图元集合；
设定组态报文图形框架，所述组态报文图形框架包括设备通信报文各字段的框架模型；
依据组态设备自身报文格式，选择所述组态图元集合中对应的图元个体，将所述图元个体逐个填入所述组态报文图形框架，或，调整所述图元个体在组态报文图形框架中的位置，并配置对应的每个字段参数；
每个字段参数，包括，字段字节长度、标识字符和CRC校验方式。
更进一步的，依据组态设备的非标格式，建立图元集合，集合中包含n个图元个体，任一图元个体对应一个MODBUS协议字段；
当接收到组态设备的非标格式后，组态报文图形框架进行筛选，得到适用于此组态设备的第一模型框架，第一模型框架设置于第一图层；
依据组态设备的非标格式，n个图元个体在第二图层进行显示；
将符合第一模型框架的m个图元个体从第二图层拖入第一图层，并在第一模型框架内依据字段参数进行排列；
m个图元个体落入n个图元个体的范围内；
若m个图元个体在第一模型框架内未按非标格式进行排列，则自动报错；
同时，将错误图元拖入第二图层，从n个图元个体中重新拖入正确的图元个体进入第一图层进行调整。
应说明的是，组态报文图形框架的建立可以动态扩展报文体，从而提供适应不同厂家非标协议的基础框架。参照图2的组态功能框图，采用图形化组态方式从模型字段列表选取协议字段，按需组成特定的报文结构。
S4：生成MODBUS报文组态参数，并构建设备的读写操作报文。
更进一步的，生成MODBUS报文组态参数，包括读写、设备返回数据报文参数；
并构建设备的读写操作报文，具体包括，
采用通用设备接口规约依据组态参数和控制指令构建读写操作报文；
设备返回数据后根据组态参数解析报文。
应说明的是，参照图3，设备接口规约可做到通用化，以通用规约结合报文组态的方式即可接入任意MODBUS协议设备的数据。还能够接收动模软件平台的设备操作指令，根据报文组态参数构建通信报文，发送指令报文到通信链路，并接收设备返回报文并根据组态参数解析数据。
实施例2
上述为本实施例的基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法的示意性方案。需要说明的是，本实施例基于DST鉴相的现场不停电作业的装置的技术方案与上述的基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法的技术方案属于同一构思，本实施例中基于DST鉴相的现场不停电作业装置的技术方案未详细描述的细节内容，均可以参见上述基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法的技术方案的描述。
参照图4，本实施例中基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入装置，包括：
关联模块100，用于关联仿真配电网络的组态设备，与相关设备建立映射关系；
模型构建模块200，用于依据映射关系，建立全局MODBUS协议字段模型；
报文组态图形模块300，用于基于全局MODBUS协议字段模型，以图形化模式从字段模型中选取协议字段，按照设备规约拼接成报文结构；
读写构建模块400，用于生成MODBUS报文组态参数，并构建设备的读写操作报文。
应说明的是，可将组态软件平台关联仿真配电网络的组态设备，组态软件平台即为动模管理系统，包括了上述模块，并负责管理试验的模型搭建、数据监视、试验场景触发等功能。
本实施例还提供一种计算设备，适用于基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法的情况，包括：存储器和处理器；存储器用于存储计算机可执行指令，处理器用于执行计算机可执行指令，实现如上述实施例提出的实现基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法。
本实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例提出的实现基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(ReadOnly，Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例的方法。
实施例3
参照表1，为本发明的一个实施例，提供了一种基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法，为了验证其有益效果，提供了与传统控制方式的对比结果。
表1与传统方式对比结果
| 传统设备接入方法 | 本发明组态式接入方法 | |
| 研发工时(10个接口设备) | >30/人天 | 3/人天 |
| 工程应用难度 | 需现场联调 | 工程配置即可 |
从表1可以看出，对比常规的组态设备规约开发可大幅提高工程效率，以通用规约与任意组态设备接口可大幅减少开发工作量降低工程复杂度。
应说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法，其特征在于，
关联仿真配电网络的组态设备，与相关设备建立映射关系；
依据所述映射关系，建立全局MODBUS协议字段模型；
基于所述全局MODBUS协议字段模型，以图形化模式从字段模型中选取协议字段，按照设备规约拼接成报文结构；
所述以图形化模式从字段模型中选取协议字段，按照设备规约拼接成报文结构，包括，
建立MODBUS协议字段图形库，依据MODBUS协议形成对应的组态图元集合；
设定组态报文图形框架，所述组态报文图形框架包括设备通信报文各字段的框架模型；
依据组态设备自身报文格式，选择所述组态图元集合中对应的图元个体，将所述图元个体逐个填入所述组态报文图形框架，或，调整所述图元个体在组态报文图形框架中的位置，并配置对应的每个字段参数；
所述每个字段参数，包括，字段字节长度、标识字符和CRC校验方式；
依据组态设备的非标格式，建立所述图元集合，集合中包含n个图元个体，所述任一图元个体对应一个MODBUS协议字段；
当接收到组态设备的非标格式后，对所述组态报文图形框架进行筛选，得到适用于此组态设备的第一模型框架，所述第一模型框架设置于第一图层；
依据组态设备的非标格式，所述n个图元个体在第二图层进行显示；
将符合第一模型框架的m个图元个体从第二图层拖入第一图层，并在所述第一模型框架内依据所述字段参数进行排列；
所述m个图元个体落入n个图元个体的范围内；
若m个图元个体在第一模型框架内未按非标格式进行排列，则自动报错；
同时，将错误图元拖入第二图层，从n个图元个体中重新拖入正确的图元个体进入第一图层进行调整；
生成MODBUS报文组态参数，并构建设备的读写操作报文。
2.如权利要求1所述的基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法，其特征在于，所述组态设备包括，仿真配电网络的可控负荷、程控电源、具体测量显示功能的终端设备。
3.如权利要求1或2所述的基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法，其特征在于，所述建立映射关系，包括，
指定报文组态的对象ID绑定至仿真配电网络中的某个相关的组态设备；
组态操作均基于所述某个相关的组态设备的通信协议进行。
4.如权利要求3所述的基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法，其特征在于，所述全局MODBUS协议字段模型，包括MODBUS-RTU和MODBUS-TCP协议的所有标准与非标的字段参数。
5.如权利要求4所述的基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法，其特征在于，
所述生成MODBUS报文组态参数，包括读写、设备返回数据报文参数；
并构建设备的读写操作报文，具体包括，
采用通用设备接口规约依据所述组态参数和控制指令构建读写操作报文；
设备返回数据后根据组态参数解析报文。
6.一种应用如权利要求1所述的基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法的装置，其特征在于，包括，
关联模块，用于关联仿真配电网络的组态设备，与相关设备建立映射关系；
模型构建模块，用于依据所述映射关系，建立全局MODBUS协议字段模型；
报文组态图形模块，用于基于所述全局MODBUS协议字段模型，以图形化模式从字段模型中选取协议字段，按照设备规约拼接成报文结构；
读写构建模块，用于生成MODBUS报文组态参数，并构建设备的读写操作报文。
7.一种电子设备，包括：
存储器和处理器；
所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现权利要求1至5任意一项所述基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现权利要求1至5任意一项所述基于动模仿真系统的组态化MODBUS规约接入方法的步骤。
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