[發明專利]基于3G上網的Modbus協議轉換系統

有效

• 申請號: 201110451731.4
• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN102546619A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 徐志江;孟利民;彭宏;宋文好;李晶
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學;杭州普諾科技有限公司
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04W76/02;H04W80/04;H04W80/06
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;王利強

技術領域

本發明涉及網絡技術領域的協議轉換系統，是一種Modbus協議轉換系統。

背景技術

遠程監控系統存在一個基礎問題，就是現場總線和以太網的互聯。2003年4月，IEC61158?Ed.3現場總線標準第3版正式成為國際標準，規定10種類型的現場總線。目前現場總線種類繁多，標準不一，因此在和以太網互聯的時候，首先遇到的就是協議轉換的問題。施耐德公司發明的Modbus協議是一種在工業領域被廣為應用的網絡通信協議，它已經成為了一種通用標準。通過此協議，服務器與協議轉換裝置之間經由網絡可以進行通信。

經對現有文獻的檢索，查找到中國專利申請號200910310034.X，名稱為“MODBUS工業現場總線與無線ZIGBEE間的協議轉換裝置及方法”。該技術提供了有線Modbus數據和無線Zigbee數據間的轉換裝置和方法。而ZigBee是一種低傳輸速率的近距離無線組網通訊技術。同時查找到臺灣Moxa公司的MGate?MB3000標準產品系列，整合了Modbus?TCP和RTU/ASCII網絡，能完成Modbus?TCP和Modbus?RTU/ASCII協議之間的轉換，但該產品的網絡技術也是基于以太網。雖然Modbus協議轉換相關的文獻和產品已經有出現，但在已公布的專利、文獻和已售產品中尚未有涉及基于3G無線網絡的Modbus協議轉換裝置。

目前國內3G技術已經日益成熟，采取3G網絡能夠支持不同的數據傳輸速度，滿足室內、室外各種不同的工作環境，特別是移動環境或有線接入不便的場合。3G網絡最大的優勢就是免去或減少了網絡布線的工作量。

現階段3G網絡比有線網絡更易受環境的影響，更容易出現掉線、斷網等影響正常工作的情況。

發明內容

為了克服現有3G網絡存在上網不穩定、網絡正常接入率較低的不足，本發明采用基于3G上網的Modbus協議轉換系統，有效保證Modbus協議轉換時保證數據傳輸的正確性和透明性，上網穩定性良好、有效提高協議轉換裝置的網絡正常接入率。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于3G上網的Modbus協議轉換系統，包括服務器、協議轉換裝置與數據采集設備，服務器和協議轉換裝置之間的通信通過3G網絡交互，協議轉換裝置與數據采集設備之間通過RS485連接，采用串口通信，協議轉換裝置與服務器間的數據通信采用Modbus?TCP協議，協議轉換裝置與數據采集設備間的數據通信采用Modbus?RTU協議；所述協議轉換裝置中由腳本實現3G撥號上網，在每次連接服務器前檢測ppp0接口，能快速檢測到ppp0接口的非正常斷開并自動重連。

進一步，所述腳本實現3G撥號上網的過程為：腳本在檢測到ppp0設備存在后獲取動態IP，再ping服務器，成功即代表網絡正常工作，每隔固定時間段再重新檢測，持續循環；如果檢測ppp0失敗或ping服務器失敗，都殺死可能存在的pppd進程，再重啟3G模塊重新pppd撥號，進入撥號循環；如果網絡異常斷開，協議轉換裝置就能自動檢測，并自動重撥。

再進一步，在采用狀態轉移圖后，由Socket通信模塊實現Modbus?TCP協議，Modbus?RTU協議由串口通信模塊實現，兩者共同完成Modbus協議透明傳輸。

更進一步，控制檢測網絡狀態的過程為：在創建Socket客戶端之后，調用ioctl()檢測ppp0接口狀態，若檢測到ppp0接口正常，調用bind()綁定到ppp0接口，檢測不到ppp0接口，就再次檢測，直到檢測到能正常工作的ppp0接口。

采用狀態轉移圖的過程為：從配置文件中獲配置，然后再創建Socket客戶端，并開啟保活機制和檢測網絡狀態；之后與服務器建立連接、發送注冊包；檢測是否有數據到來，若檢測到有數據，則接收服務器發送的命令，創建數據處理線程處理數據；若定時到，則發送心跳包；若檢測到網絡異常斷開，則關閉Socket和臨時線程，重新創建Socket客戶端，并與服務器建立連接；其他情況，則繼續等待。

Modbus協議透明傳輸的過程為：協議轉換裝置對接收到的Modbus數據不進行協議解析，只需要簡單的在接收數據時去除報文頭、在發送數據時再加上報文頭即可，實現了透明傳輸，使得程序更為簡單，并且降低了差錯率。

本發明的技術構思為：本發明的網絡工作環境是在3G條件下，采用TCP套接口技術(Socket通信協議)、Modbus/Modbus?TCP協議及串口通信協議，實現服務器、協議轉換裝置與數據采集設備三者間的通信。