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软 件 时 空 《微计算机信息》2011 年第 27 卷第 3 期 文章编号:1008-0570(2011)03-0236-03 Modbus/TCP 通信协议在 MATLAB/Simulink 环境下的实现 Implementation of Modbus/TCP protocol based on MATLAB/Simulink (上海齐耀动力技术有限公司) 郭振市 江 兵 李达平 GUO Zhen-shi JIANG Bing LI Da-ping 摘要:在 MATLAB/Simulink 环 境 下 ,为 了 实 现 三 联 供 系 统 仿 真 实 验 装 置 与 优 化 调 度 系 统 双 向 间 的 实 时 数 据 通 信 ,利 用 编 写 S 函 数 的 方 式 构 建 采 用 Modbus/TCP 协 议 的 数 据 通 信 模 块 。 通 过 与 标 准 Modbus/TCP 设 备 间 的 数 据 通 信 ,证 明 该 通 信 方 式 稳 定 性 好 、可 靠 性 高 、实 时 性 强 ,不 仅 能 够 满 足 仿 真 研 究 平 台 的 通 信 要 求 ,还 可 广 泛 应 用 于 其 他 基 于 Modbus/TCP 协 议 的 软 件 网 络 通 信 环 境 。 关键词: MATLAB/Simulink; S 函数; Modbus/TCP; 数据通信 中图分类号: TP393 文献标识码: A Abstract: During the environment of MATLAB/Simulink, in order to implement the real time data communication between CCHP (Combined Cooling, Heating & Power)simulation system and optimal operation system, using the method of writing S function to con- 技 struct data communication module which using Modbus/TCP protocol. Through the data communication with standard Modbus/TCP in- strument, proving this communication mode has good stability, high reliability and strong real-time performance, can also widely be 术 used in other communication environment based on Modbus/TCP protocol. Key words: MATLAB/Simulink; S Function; Modbus/TCP; Data communication 创 术。工业以太网的领先者 也正逐渐成为一种自动 新 引言 Modbus/TCP 化控制的通信协议标准,广泛应用于电力、水利、冶金、化工、机 冷热电三联供系统能够显著地提高能源利用率、节省能 械、制造业等监控系统中。 源、减少有害体排放量、提高设备利用率以及提高经济效益等, 2.1 工业以太网通信协议模型 已逐渐成为我国能源发展的新趋势。本文在 MATLAB/Simulink 工业以太网即应用于工业自动化领域的以太网技术。对应 环境下搭建三联供系统仿真实验装置, 用于三联供系统能量平 于国际标准化组织的开放系统互连参考模型(ISO/OSI),工业以 衡的动态仿真研究、机组容量优化配置方案的实验检验和运行 太网协议在物理层和数据链路层均采用 IEEE802.3 标准, 在网 系统能量优化调度策略的研究开发, 为了实现三联供系统仿真 络层和传输层则采用被称为以太网上的“事实上”标准的 TCP/ 实验装置与优化调度系统间的双向实时数据通信, 必须搭建数 IP 协议簇(包括 UDP、TCP、IP、ARP、ICMP、IGMP 等),它们构成工 据通信模块,其功能如图 1 所示。 业以太网的低四层。在高层协议中,工业以太网协议通常忽略掉 会话层和表示层,而只定义应用层,也有的工业以太网协议还定 义了用户层,其通信协议模型如图 2 所示。 图 1 数据通信模块功能图 但是,MATLAB/Simulink 存在局限性,就是不能直接对硬件 端口进行读写操作,从而影响了它在测控系统开发上的应用范 围。但它提供了增强和扩展 Simulink 能力的 S 函数,用户可以 通过编写自己的 S 函数,并进行封装,得到具有特定功能的定制 模块。本文通过 M 文件的形式, 编写采用 Modbus/TCP 协议进 行数据通信的 S 函数,并将其封装成数据通信模块,供三联供系 图 2 工业以太网总线的体系结构 统仿真研究平台调用。由于该通信协议较 Modbus/RTU 协议实 2.2 Modbus/TCP 通信协议模型 时性高、传输能力强,且不受距离限制等优点,因此,有广泛的应 Modbus/TCP 通信协议模型如图 3 所示。数据链路层协议和 用前景。 物理层协议就是以太网标准中规定的那些协议,如 IEEE802.3。 2 Modbus/TCP 协议简介 网络层采用 IP 协议,传输层采用 TCP 协议。TCP 协议是面向连 接的,它通过三次握手提供可靠的数据报传送服务。在应用层使 随着计算机和网络技术的迅速发展, 信息技术已逐步进入 用现场总线协议 Modbus,它的报文(帧)比标准的以太网的报文 工业自动化领域。以太网技术以高速率、低成本、应用广泛等优 小许多。这主要是因为:Modbus/TCP 的报文长度为 256 个字节, 势, 促进了它在工控领域的应用, 形成了当前的工业以太网技 而以太网的报文长度为 1518 字节,两者相差 5 倍,所以减少了 郭振市: 硕士研究生 碰撞几率, 从而从一定程度上提高了工业以太网的数据传输的 - 236 - 120 元 / 年 邮局订阅号：82-946 《现场总线技术应用 200 例》
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软 件 时 空 《微计算机信息》2011 年第 27 卷第 3 期 文章编号:1008-0570(2011)03-0236-03 Modbus/TCP 通信协议在 MATLAB/Simulink 环境下的实现 Implementation of Modbus/TCP protocol based on MATLAB/Simulink (上海齐耀动力技术有限公司) 郭振市 江 兵 李达平 GUO Zhen-shi JIANG Bing LI Da-ping 摘要:在 MATLAB/Simulink 环 境 下 ,为 了 实 现 三 联 供 系 统 仿 真 实 验 装 置 与 优 化 调 度 系 统 双 向 间 的 实 时 数 据 通 信 ,利 用 编 写 S 函 数 的 方 式 构 建 采 用 Modbus/TCP 协 议 的 数 据 通 信 模 块 。 通 过 与 标 准 Modbus/TCP 设 备 间 的 数 据 通 信 ,证 明 该 通 信 方 式 稳 定 性 好 、可 靠 性 高 、实 时 性 强 ,不 仅 能 够 满 足 仿 真 研 究 平 台 的 通 信 要 求 ,还 可 广 泛 应 用 于 其 他 基 于 Modbus/TCP 协 议 的 软 件 网 络 通 信 环 境 。 关键词: MATLAB/Simulink; S 函数; Modbus/TCP; 数据通信 中图分类号: TP393 文献标识码: A Abstract: During the environment of MATLAB/Simulink, in order to implement the real time data communication between CCHP (Combined Cooling, Heating & Power)simulation system and optimal operation system, using the method of writing S function to con- 技 struct data communication module which using Modbus/TCP protocol. Through the data communication with standard Modbus/TCP in- strument, proving this communication mode has good stability, high reliability and strong real-time performance, can also widely be 术 used in other communication environment based on Modbus/TCP protocol. Key words: MATLAB/Simulink; S Function; Modbus/TCP; Data communication 创 术。工业以太网的领先者 也正逐渐成为一种自动 新 引言 Modbus/TCP 化控制的通信协议标准,广泛应用于电力、水利、冶金、化工、机 冷热电三联供系统能够显著地提高能源利用率、节省能 械、制造业等监控系统中。 源、减少有害体排放量、提高设备利用率以及提高经济效益等, 2.1 工业以太网通信协议模型 已逐渐成为我国能源发展的新趋势。本文在 MATLAB/Simulink 工业以太网即应用于工业自动化领域的以太网技术。对应 环境下搭建三联供系统仿真实验装置, 用于三联供系统能量平 于国际标准化组织的开放系统互连参考模型(ISO/OSI),工业以 衡的动态仿真研究、机组容量优化配置方案的实验检验和运行 太网协议在物理层和数据链路层均采用 IEEE802.3 标准, 在网 系统能量优化调度策略的研究开发, 为了实现三联供系统仿真 络层和传输层则采用被称为以太网上的“事实上”标准的 TCP/ 实验装置与优化调度系统间的双向实时数据通信, 必须搭建数 IP 协议簇(包括 UDP、TCP、IP、ARP、ICMP、IGMP 等),它们构成工 据通信模块,其功能如图 1 所示。 业以太网的低四层。在高层协议中,工业以太网协议通常忽略掉 会话层和表示层,而只定义应用层,也有的工业以太网协议还定 义了用户层,其通信协议模型如图 2 所示。 图 1 数据通信模块功能图 但是,MATLAB/Simulink 存在局限性,就是不能直接对硬件 端口进行读写操作,从而影响了它在测控系统开发上的应用范 围。但它提供了增强和扩展 Simulink 能力的 S 函数,用户可以 通过编写自己的 S 函数,并进行封装,得到具有特定功能的定制 模块。本文通过 M 文件的形式, 编写采用 Modbus/TCP 协议进 行数据通信的 S 函数,并将其封装成数据通信模块,供三联供系 图 2 工业以太网总线的体系结构 统仿真研究平台调用。由于该通信协议较 Modbus/RTU 协议实 2.2 Modbus/TCP 通信协议模型 时性高、传输能力强,且不受距离限制等优点,因此,有广泛的应 Modbus/TCP 通信协议模型如图 3 所示。数据链路层协议和 用前景。 物理层协议就是以太网标准中规定的那些协议,如 IEEE802.3。 2 Modbus/TCP 协议简介 网络层采用 IP 协议,传输层采用 TCP 协议。TCP 协议是面向连 接的,它通过三次握手提供可靠的数据报传送服务。在应用层使 随着计算机和网络技术的迅速发展, 信息技术已逐步进入 用现场总线协议 Modbus,它的报文(帧)比标准的以太网的报文 工业自动化领域。以太网技术以高速率、低成本、应用广泛等优 小许多。这主要是因为:Modbus/TCP 的报文长度为 256 个字节, 势, 促进了它在工控领域的应用, 形成了当前的工业以太网技 而以太网的报文长度为 1518 字节,两者相差 5 倍,所以减少了 郭振市: 硕士研究生 碰撞几率, 从而从一定程度上提高了工业以太网的数据传输的 - 236 - 120 元 / 年 邮局订阅号：82-946 《现场总线技术应用 200 例》
