一.引言

在生產和生活中監控系統起到的作用越來重要，如在交通.銀行.電力等部門對監控系統的要求越來越越高.需求也在不斷增大.在遠程監控系統中，作為一種種分布式控制系統和工業通信協議Modbus協議在工業領域得到很好的應用，本文針對其含義.系統設計構架和系統性能進行詳細的闡述.

二.淺析Modbus協議

（1）Modbus協議開發的Modbus協議是一種分布式控制系統和工業通信協議，在分布式控制系統和工業設備通訊中得到很好的應用，采用RS485方式作為物理接口.控制器經由網絡.控制器相互之間.通訊協議等可以通訊，在工業生產中已經成為通用標準，可以連接不同的控制設備成為工業網絡，實現集中控制和監控.

（2）作為一種主從網絡Modbus網絡允許多個或一個從機和一個主機進行通信，其中應答報文和命令報文是相對應的關系，也就是采用命令/應答方式.主機發出命令報文，當收到主機發來的報文的時候，相應的應答報文發出對命令報文進行響應.每個從機在網絡中都擁有一個唯一的地址，訪問的從機地址包含在主機發出的命令中，對相應的命令做出應答的是具有該地址的從機.

（3）傳輸模式ASCII和RTU被應用在Modbus協議中.沒有奇偶校驗位.2個停位.8個數據為是RTU的傳輸格式.依靠接收字符間應用的時間RTU接收設備對一個幀的開始進行判斷，在時間為3個半字符之后沒有完成幀或沒有新的字符，該幀會被接收設備放棄，新幀的開始以設下一個字符為標準.1字節的信息在RTU模式中被看作一個8為字符進行發送，而作為兩個ASCII字符在ASCII模式中被發送.

三.系統設計構架

數據采集的RTU設備.數據交互的監控設備.遠程監控的服務器是這個系統硬件的主要組成部分.應用串口通信RTU設備與監控設備之間通信并使Modbus TCP協議的轉換實現，應用TCP套接字技術服務器與監控設備之間進行通信并使Modbus TCP協議的轉換實現.

（1）設計協議轉換

在Modbus TCP協議中進行通信時候，是經過何種網絡不需要考慮，因為它定義了一個消息結構體，并且對消息域內容和格局的公共公式進行了制定.在通信的時候這個協議對每個RTU設備的地址進行定義，對按地址發來的信息進行識別，并且對即將產生的行動進行決定.在需要回應的情況下，反饋信息將在RTU設備中生成，采用Modbus TCP協議發出信息.相互轉換Modbus TCP協議與Modbus協議的時候，不需改變RTU,只需相應的轉換MBAP報文頭.服務器的請求被接收到的時候，MBAP報文頭被Modbus TCP協議去掉并且被出送到RTU設備中.按照接收到的命令RTU設備進行數據讀取，而且對CRC進行差錯校驗；RTU設備的相應被接收到的時候，相應的MBAP報文頭被加在Modbus TCP協議上，CRC差錯校驗被去除并且傳送回服務器.通過這樣的過程實現兩個協議的相互轉換.

（2）實現設備參數讀寫

采用C/S模型實現設備參數讀寫模塊.

建立Socket通信是第一步，遠程監控終端與數據服務器建立連接是通過發送注冊包實現的，TCP保活機制被啟動，等候服務器發出命令，寫入或讀取設備參數命令由數據服務器發送的時候，按照Modbus TCP協議遠程監控終端接收命令，在傳入設備之前把它轉化為Modbus協議，根據其命令RTU設備對相應設備參數進行寫入或讀取，并向遠程監控終端發送響應.在寫入或讀取成功的條件下，按照Modbus TCP協議接收到的響應被遠程監控終端被封裝，并且發送給數據服務器；如果是失敗的寫入或讀取，按照Modbus TCP協議異常響應被遠程監控終端發送到數據服務器.

（3）設計與實現套接字通信

監控設備與服務器之間的數據交換是通過套接字通信層得以實現的，整個設計的核心是是串口同層并聯.設計通信部分的流程如圖1所示.

（5）設計與實現串口通信

去除報文頭的Modbus數據的讀取來自于共享內存.半雙工機制是串口采用的機制，不能同時進行接收數據與發送命令，串口數據的讀取是在發送完命令之后.自動方向切換芯片被采用之后就可以解決這一問題了.串口通信流程圖如圖2所示.

四.分析系統性能

（1）在監控系統的作用和功能方面，在空壓機中對壓風機房管理.操作效率低下以及人力物力浪費等問題進行解決，使處理.交換.傳遞信息的速度加快，使監控系統的可靠性和安全性得到保證，使控制系統的人性化.智能化.自動化水平提高.主要功能在遠程監控系統中得以實現的有：使工作報表正常運行，各種故障中的報警得以實現；供氣壓力參數可以遠程設定，能夠在線修正參數；實時監測供氣壓力，供氣過壓和欠壓都會進行報警；供電系統的可靠性得以提高；等等.

（2）通過透明傳輸的方式，接收到的命令只需被遠程監控終端進行拆包，即協議解析不需要進行，MBAP報文頭被去掉；RTU響應被收到之后，只需組裝接收到的響應，即CRC差錯校驗被去掉，加上MBAP報文頭，協議解析不需要進行，協議的透明化得以實現.套接字通信性能的完善是通過Socket異常處理來實現的，對于數據服務在網絡中斷并自動重連能夠及時被系統檢測到.正常的網絡中斷很容易被套接字通信機制發現，而像拔掉網線等不正的網絡中斷則不易被其發現.

五.結束語

通過上述淺析Modbus協議.系統設計構架.分析系統性能，可以得知，基于內嵌Modbus協議的遠程監控系統，可以實現設備參數讀寫和套接字通信，使處理.交換.傳遞信息的速度加快.總之，這一系統具有很多優勢，需要我們加大這這方面的研究和應用.