基于DDE协议的Modbus Plus与Ethernet数据交换_1

2019-06-09 14:04

1 引言

  modbus plus(以下简称mb+)是一种针对工业控制应用的本地局域网系统。以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。其具有低成本、高可靠性、高速率、开放性好等特点,在工控领域得到了广泛的应用。  

  动态数据交换(dde)是windows操作系统一直保持兼容的一种应用程序间的数据通信方式。对于很多直接和硬件打交道的应用程序,尤其是plc编程软件,是一种较为可靠的通信方式。

  本文通过某钢厂单机架平整机板型改造过程中的实际应用,介绍使用vc2005在windows下实现pc与mb+网的dde通信并通过以太网实现与板型仪plc的数据交换。

2 系统简要说明

  本系统如图1所示,包括生产控制plc组,mb+网,pc服务器,100m以太网,板型控制系统。通过pc服务器实现互联。

图1 单机架平整机板型控制系统

  生产控制plc组由mb+网来连接,pc机上使用一块sa-85的pci卡来连接到mb+,用于访问各节点上的plc。pc机上另外使用一块pci接口的以太网卡连接到以太网。板型仪提供了以太网接口,与pc机接入同一个局域网。

  pc机上安装mb+网的dde服务程序,以及本文介绍的自编程序。dde服务程序通过mb+网获取plc上的数据,自编程序使用dde技术获得数据,打包后使用tcp协议发送给板型仪。板型仪通过tcp协议将各种测量数据和状态信号发给pc服务器,相关数据再通过dde协议送dde服务程序,最后通过mb+网送到相应的plc。

3 系统的具体实现

  3.1 dde server软硬件安装方法

  dde基于用户/服务器原则,通过建立应用程序间的对话连接,根据不同的主题和项目进行数据通信。为了从服务器获取数据,用户使用一种固定的3级特殊访问方式,这3级访问分别为:服务(service)、主题(topic)和数据项(item)。



  不同的硬件平台所使用的dde数据通信硬件设备也不同,本文介绍的数据通信方法是针对mb+网而言的。pc平台上使用sa-85的pci卡来连接mb+网。使用前需要配置好sa-85的网络连接。

  软件上,使用wonderware公司提供的io server组件中的modicon modbus

  plus(以下简称mbplus)来连接mb+并提供dde的方式来访问数据的接口。此工具运行后如图2所示。


图2 mbplus连接


  要使用此工具,还需要对它进行一些配置。从configure菜单中选择adapter card setting,设置需要连接的适配器,因为我们只安装了一个mb+的适配器,所以使用默认配置。之后就可以开始配置dde服务了。我们需要给每一个需要访问的mb+网上的设备按照dde协议定义一个topic。选择configure菜单下的topic definition,进行topic的配置,如图3。

图3 topic配置

  这里的topic name 就是之后访问dde服务的topic需要使用的名称,每个topic需要定义不同的名称,本系统共连接5个mb+网上的plc,分别定义为plc1、plc2、plc3、plc4、plc5。slave path 处定义的是不同设备的节点地址。配置好以后就可以使用dde协议来访问mb+网上的数据了。

  3.2 编程实现

  在完成了mb+的dde数据通信安装与设置后,就要在用户程序中进行编程,建立dde对话,控制数据通信流程。本文介绍vc2005的dde通信方式。事实上,vc2005并不直接与dde server进行dde对话,它是通过windows操作系统提供的ddeml(dde通信管理库)来管理dde通信具体工作的。该管理库的使用方法如下:

  (1) ddeml的初始化工作

  加载头文件,.#include ddeml.h //在工程中引用ddeml库然后按照dde server提供的3级访问方式建立vc与ddeserver的对话。此时service为mbplus,topic为plc4。通过选择不同的item及相应dde函数可以完成接收过程数据、发送控制命令、获取系统状态等工作。

  使用ddeml后,实际上客户和服务器之间的多数会话并不是直达对方的,而是经由ddeml中转,即用回调函数处理dde交易(transaction)。在调用其他ddeml函数前,必须调用ddeinitialize()函数,以获取实例标识符,注册dde 回调函数。通过回调函数来处理dde的事务。

  本例中使用如下方法来初始化dde连接,dword idinst = 0; //定义dde实例标识的变量ddeinitialize(idinst,(pfncallback)ddecallback,appclass_standard | appcmd_clientonly,0);这里将ddecallback函数指定为dde的回调函数。实例初始化后得到实例的标识idinst,之后的操作都要使用这个标识。



  (2) 通过dde协议的服务名,主题名和项目名来访问具体某个项目的数据

  先定义dde的服务名和主题名

tchar szapp[] = text(mbplus); //服务名
tchar sztopic4[]=text(plc4); //主题名
tchar szwidth[]=text(400401); //项目名
tchar vlwidth[16]; //储存从dde服务器返回的数据
hsz hszwidth; //项目的dde标识

  //项目名的命名规则具体可以查看mbplus程序的说明,这里400401表示的是项目在plc中的地址,这是一个//16位的整形数

hconv4=ddeconnecttotopic(idinst,szapp,sztopic4,hsztopic4);
if( hconv4 != null )
{
ddeautorequest(idinst,hconv4,szwidth,hszwidth);
}

  此处的ddeconnecttotopic和ddeautorequest为自定义的函数

hconv ddeconnecttotopic(dword idddeinst, lpctstr szapp, lpctstr
sztopic, hsz * hsztopic)
{
hsz
hszapp=ddecreatestringhandle(idddeinst,szapp,cp_winunicode);
*
hsztopic=ddecreatestringhandlew(idddeinst,sztopic,cp_winunicode);
return ddeconnect(idddeinst,hszapp,*hsztopic,null);
}

  使用ddecreatestringhandle来获取服务器和主题名的字符句柄,使用ddeconnect来建立指定服务下的指定的主题的连接。之后使用ddeautorequest函数来向dde服务器请求置顶项目名的数据,在数据发生变化后dde服务器会自动将新的数据发送给客户端,客户端在回调函数中就可以获取到新的数据,具体方法见下文。如果某个主题下有多个项目需要处理,都用ddeautorequest来处理即可,此函数的实现如下:

void ddeautorequest(dword idddeinst, hconv hconv, lpctstr
szitem, hsz * hszitem)
{
*hszitem=ddecreatestringhandle(idddeinst,szitem,cp_winunicode);
hddedata hdata=ddeclienttransaction
(null,0,hconv,*hszitem,cf_text,xtyp_advstart| xtypf_ackreq,5000,
null);
}

  接下来就可以通过dde的回调函数来获取数据了。

hddedata callback ddecallback(uint utype,uint ufmt,hconv
hconv,hsz hsz1,hsz hsz2,hddedata hdata,
dword dwdata1,dword dwdata2)
{
switch( utype )
{
case xtyp_advdata: //处理dde数据
if( ufmt != cf_text )
return dde_fnotprocessed;
memset(szbuffer,0,64); //初始化缓冲区
datalen=ddegetdata(hdata,null,64,0);//获取数据的长度
ddegetdata(hdata,(unsigned char* )szbuffer,datalen,0);//获取数据
if( hsz1==hsztopic4 hsz2 == hszwidth ) //判断数据对应于那个数据项,并作出具体处理
{
_atoflt(fltval,szbuffer); //dde的数据以字符串形式创送过来的,这里将它转换成数值
ptele1101-msgblock1.stripwidth=fltval.f; //将数字存入缓冲区
}
return ( hddedata )dde_fack;
}
return 0;
}

  本例中dde回调函数要处理的dde项目不止一个,任意一个dde项目的值发生变化时,回调函数都会被自动调用一次,具体实现时只需要用if语句对hsz1和hsz2进行逐一比较即可处理所有的项目。缓冲区ptele1101用于存储通过以太网发送到板型仪的数据,下文中将详细介绍。



  上面介绍的方法用于从dde服务器中获取mb+网上的数据,那么如何将数据写入到mb+网呢,同样还是使用ddeml库中提供的方法,具体如下:

ddepoke(idinst,hconv4,szwidth,text(1020));
//写数据到mb+,设置宽度为1020mm
ddepoke为自定义函数,具体实现为:
void ddepoke(dword idinst, hconv hconv, tchar* szitem, tchar*
szdata)
{
hsz hszitem=ddecreatestringhandlew(idinst,szitem,cp_winunicode);

ddeclienttransaction((lpbyte)unicodetoansi(szdata),(dword)(lstrlenw(szdata)+1),hconv,
hszitem,cf_text,xtyp_poke,3000,null);
ddefreestringhandle(idinst,hszitem);
}

  (3) 与以太网交换数据,这里使用的是socket协议。前面提到了缓冲区ptele1101,这里存储的是要传送到板型仪的数据。这是一个结构指针,定义如下:

typedef struct
{
teleheader msgheader; //消息头
tele1101block1 msgblock1; //消息第一部分
tele1101block2 msgblock2; //消息第二部分
tele1101block3 msgblock3; //消息第三部分
} tele1101, *ptele1101;
ptele1101 ptele1101;

  这其中teleheader、tele1101block1、tele1101block2和tele1101block3也分别是一个结构,这里就不详述了。

  本实例中使用另外一个线程来处理以太网的数据交换,这样不会中断处理dde数据的过程。

dword dwthreadid;
thread=createthread(null,0,(lpthread_start_routine )
sockthread,null,0,dwthreadid);
sockthread为线程的过程函数,具体实现如下:
void sockthread()
{
int i=0;
tchar buf[256];
initwinsock();//初始化socket
//创建并设置协议类型,地址和端口
socket socksrv=socket(af_inet,sock_stream,0);
sockaddr_in addrsrv;
addrsrv.sin_addr.s_un.s_addr=htonl(inaddr_any);
addrsrv.sin_family=af_inet;
addrsrv.sin_port=htons(5001);
//绑定并监听端口
bind(socksrv,(sockaddr*)addrsrv,sizeof(sockaddr));
listen(socksrv,5);
sockaddr_in addrclient;
int len=sizeof(sockaddr);
while (1) //程序正常运行时,始终接收连接请求
{
sockconn=accept(socksrv,(sockaddr*)addrclient,len);
zeromemory(buf,sizeof(buf));
__try
{
while (1) //连接建立后每50秒交换一次数据
{
len=send(sockconn,(char *)ptele1101,sizeof(tele1101),0);
len=recv(sockconn,(char *)ptele1102,sizeof(tele1102),0);
if (0==len || socket_error==len)
{
len=wsagetlasterror();
raiseexception(1,0,0,null);
}
sleep(50);
}
}
__except(exception_execute_handler)
{
closesocket(sockconn);
}
}
closesocket(socksrv);
wsacleanup();
}

  这里ptele1102为接收数据的缓冲区,也是一个结构,定义与ptele1101类似,此处不详述。

  从mb+网来的数据在使用dde协议获取后存入缓冲区ptele1101,发送到板型仪,从板型仪来的数据存入缓冲区ptele1102,相关数据再使用dde协议写回到mb+网,这样就实现了mb+网和以太网的数据交换。

4 结束语

  本文介绍的数据交换的方法编程实现起来比较容易,代码量较少,能很好的解决异种网络间的数据交换的需求,并在单机架平整机板型控制系统中得到了成功的应用,取得了满意的效果。文中介绍的使用dde协议和socket协议处理数据的方式有较好的通用性,经过简单修改既可以用于其他的系统。另外通过简单的扩展,即可实现数据采集和分析的功能。可以广泛应用于工业控制的各个领域。

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