基于内嵌Modbus协议的远程监控系统的设计

【摘要】在实践应用中结合网络系统、管理信息系统，监控系统能够对大量数据进行自动处理、传输、压缩存储，实现资源共享，提供有效、快捷、方便的服务给各级决策者和管理人员。应用于远程监控系统的Modbus协议是一种标准的、真正开放的网络通信协议，并且广泛应用于工业领域。

【关键词】Modbus协议；远程监控系统；设计

一、引言

在生产和生活中监控系统起到的作用越来重要，如在交通、银行、电力等部门对监控系统的要求越来越越高、需求也在不断增大。在远程监控系统中，作为一种种分布式控制系统和工业通信协议Modbus协议在工业领域得到很好的应用，本文针对其含义、系统设计构架和系统性能进行详细的阐述。

二、浅析Modbus协议

(1)Modbus协议开发的Modbus协议是一种分布式控制系统和工业通信协议，在分布式控制系统和工业设备通讯中得到很好的应用，采用RS485方式作为物理接口。控制器经由网络、控制器相互之间、通讯协议等可以通讯，在工业生产中已经成为通用标准，可以连接不同的控制设备成为工业网络，实现集中控制和监控。

(2)作为一种主从网络Modbus网络允许多个或一个从机和一个主机进行通信，其中应答报文和命令报文是相对应的关系，也就是采用命令/应答方式。主机发出命令报文，当收到主机发来的报文的时候，相应的应答报文发出对命令报文进行响应。每个从机在网络中都拥有一个唯一的地址，访问的从机地址包含在主机发出的命令中，对相应的命令做出应答的是具有该地址的从机。

(3)传输模式ASCII和RTU被应用在Modbus协议中。没有奇偶校验位、2个停位、8个数据为是RTU的传输格式。依靠接收字符间应用的时间RTU接收设备对一个帧的开始进行判断，在时间为3个半字符之后没有完成帧或没有新的字符，该帧会被接收设备放弃，新帧的开始以设下一个字符为标准。1字节的信息在RTU模式中被看作一个8为字符进行发送，

而作为两个ASCII字符在ASCII模式中被发送。

三、系统设计构架

数据采集的RTU设备、数据交互的监控设备、远程监控的服务器是这个系统硬件的主要组成部分。应用串口通信RTU设备与监控设备之间通信并使Modbus TCP协议的转换实现，应用TCP套接字技术服务器与监控设备之间进行通信并使Modbus TCP协议的转换实现。

(1)设计协议转换

在Modbus TCP协议中进行通信时候，是经过何种网络不需要考虑，因为它定义了一个消息结构体，并且对消息域内容和格局的公共公式进行了制定。在通信的时候这个协议对每个RTU设备的地址进行定义，对按地址发来的信息进行识别，并且对即将产生的行动进行决定。在需要回应的情况下，反馈信息将在RTU设备中生成，采用Modbus TCP协议发出信息。相互转换Modbus TCP协议与Modbus协议的时候，不需改变RTU，只需相应的转换MBAP报文头。服务器的请求被接收到的时候，MBAP报文头被Modbus TCP协议去掉并且被出送到RTU设备中。按照接收到的命令RTU设备进行数据读取，而且对CRC进行差错校验；RTU设备的相应被接收到的时候，相应的MBAP报文头被加在Modbus TCP协议上，CRC差错校验被去除并且传送回服务器。通过这样的过程实现两个协议的相互转换。

(2)实现设备参数读写

采用C/S模型实现设备参数读写模块。建立Socket通信是第一步，远程监控终端与数据服务器建立连接是通过发送注册包实现的，TCP保活机制被启动，等候服务器发出命令，写入或读取设备参数命令由数据服务器发送的时候，按照Modbus TCP协议远程监控终端接收命令，在传入设备之前把它转化为Modbus协议，根据其命令RTU设备对相应设备参数进行写入或读取，并向远程监控终端发送响应。在写入或读取成功的条件下，按照Modbus TCP协议接收到的响应被远程监控终端被封装，并且发送给数据服务器；如果是失败的写入或读取，按照Modbus TCP协议异常响应被远程监控终端发送到数据服务器。

四、分析系统性能

(1)在监控系统的作用和功能方面，在空压机中对压风机房管理、操作效率低下以及人力物力浪费等问题进行解决，使处理、交换、传递信息的速度加快，使监控系统的可靠性和安全性得到保证，使控制系统的人性化、智能化、自动化水平提高。主要功能在远程监控系统中得以实现的有：使工作报表正常运行，各种故障中的报警得以实现；供气压力参数可以远程设定，能够在线修正参数；实时监测供气压力，供气过压和欠压都会进行报警；供电系统的可靠性得以提高；等等。

五、结束语

通过上述浅析Modbus协议、系统设计构架、分析系统性能，可以得知，基于内嵌Modbus协议的远程监控系统，可以实现设备参数读写和套接字通信，使处理、交换、传递信息的速度加快。总之，这一系统具有很多优势，需要我们加大这这方面的研究和应用。

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