Разработка методики кроссплатформенной библиотеки для интеграции устройств на основе протокола Modbus TCP в состав приложений систем управления

 

Класс Master содержит в себе список контроллеров, за которыми осуществляется наблюдение. Функции AddPLC() и DeletePLС() позволяют редактировать список этих контроллеров. Контроллеры описываются классом PLC. Поле Name содержит имя контроллера, поле State отображает наличие связи с ПЛК, а поле IPAdress хранит его сетевой адрес. Связь с контроллером осуществляется средствами класса TCPConnection, который содержит в себе функции для работы с коммуникационным каналом.

Классы Configuration, Spindle, Tool, Coolant содержат в себе информацию о выполнении технологических команд получаемую от ПЛК.

Класс Spindle используется для описания работы шпинделя станка. Поле Speed содержит в себе скорость вращение шпинделя, поле Rotation направление его вращения. Поле InterpolationMode показывает, является ли шпиндель в данный момент осью интерполяции. Поле State отображает, вращается или остановлен шпиндель в данный момент. Поле Type помогает определить принадлежность экземпляра классу. Поле ID содержит в себе порядковый номер шпинделя.

Класс Tool используется для описания работы магазина инструментов. Поле Number содержит номер инструмента, который должен быть установлен в зажиме. Поле State отображает ход выполнения операции смены инструмента. Поле Type помогает определить принадлежность экземпляра классу. Поле ID содержит в себе порядковый номер магазина инструментов.

Класс Coolant используется для описания работы подачи СОЖ. Поле State отображает, идет ли подача охлаждающей жидкости в зоне обработки. Поле Type помогает определить принадлежность экземпляра классу. Поле ID содержит в себе порядковый номер вывода подачи СОЖ.

Класс Configuration содержит в себе информацию необходимую для получения диагностических данных от ПЛК. Поле Spindle содержит в себе число экземпляров функционального блока шпинделя хранящихся в памяти контроллера. Поле Tool содержит число экземпляров функционального блока магазина инструментов. Поле Coolant содержит число экземпляров функционального блока подачи СОЖ. Поле DataSize содержит размер диагностической информации хранящейся в памяти ПЛК.

Схема взаимодействия объектов для создания клиент-серверного соединения

Взаимодействие объектов представлено на диаграмме последовательности. После старта приложения Маster осуществляет попытку установки соединения с ПЛК и запрашивает конфигурационную информацию. В соответствии с полученными конфигурационными данными формируется отправляется запрос для получения информации о состоянии параметров выполнения технологических команд. После анализа полученных данных, в приложении выводится информации о ходе выполнения технологических операций на станке с ЧПУ.

Приложение

 

Исходный код.

Библиотека функциональных блоков:

FUNCTION_BLOCK Config

VAR_INPUT:POINTER TO INT;:INT;:INT;:INT;_VAR_OUTPUT: INT:=0;: INT;_VAR_VAR:=spindle*12+tool*8+coolant*6;[0]:=FbType;[1]:=spindle;[2]:=tool;[3]:=coolant;[4]:=DataSize;_BLOCK Spindle_INPUT:INT;:INT;: INT;:POINTER TO INT;: INT;_VAR_OUTPUT: INT:=1;:INT;: INT;:INT;: INT;_VAR_VAR[0]:=FbType;[1]:=id;[2]:=state;[3]:=speed;[4]:=rotation;[5]:=interpolationMode;_BLOCK Tool_INPUT:INT;:POINTER TO INT;: INT;_VAR_OUTPUT: INT:= 2;:INT;:INT;    _VAR_VAR[0]:=FbType;[1]:=id;[2]:=state;[3]:=number;_BLOCK Coolant_INPUT:POINTER TO INT;: INT;   _VAR_OUTPUT: INT:= 3;:INT;_VAR_VAR[0]:=FbType;[1]:=id;

address[2]:=state;

Функция установки соединения с ПЛК:

public void connect (string ip, ushort port)

{

{_ip;(IPAddress. TryParse (ip, out _ip) == false)

{hst = Dns. GetHostEntry(ip);= hst. AddressList[0].ToString();

}

// Connect asynchronous client= new Socket (IPAddress. Parse(ip).AddressFamily, SocketType. Stream, ProtocolType. Tcp);. Connect (new IPEndPoint (IPAddress. Parse(ip), port));. SetSocketOption (SocketOptionLevel. Socket, SocketOptionName. SendTimeout, _timeout);. SetSocketOption (SocketOptionLevel. Socket, SocketOptionName. ReceiveTimeout, _timeout);. SetSocketOption (SocketOptionLevel. Socket, SocketOptionName. NoDelay, 1);

// Connect synchronous client= new Socket (IPAddress. Parse(ip).AddressFamily, SocketType. Stream, ProtocolType. Tcp);. Connect (new IPEndPoint (IPAddress. Parse(ip), port));. SetSocketOption (SocketOptionLevel. Socket, SocketOptionName. SendTimeout, _timeout);. SetSocketOption (SocketOptionLevel. Socket, SocketOptionName. ReceiveTimeout, _timeout);. SetSocketOption (SocketOptionLevel. Socket, SocketOptionName. NoDelay, 1);

_connected = true;

}(System.IO.IOException error)

{

_connected = false;(error);

}

}

Функция формирующая Modbus пакет:byte[] CreateReadHeader (ushort id, ushort startAddress, ushort length, byte function)

{[] data = new byte[12];[] _id = BitConverter. GetBytes((short) id);[0] = _id[0]; // Slave id high byte[1] = _id[1]; // Slave id low byte[5] = 6; // Message size[6] = 0; // Slave address[7] = function; // Function code[] _adr = BitConverter. GetBytes((short) IPAddress. HostToNetworkOrder((short) startAddress));[8] = _adr[0]; // Start address[9] = _adr[1]; // Start address[] _length = BitConverter. GetBytes((short) IPAddress. HostToNetworkOrder((short) length));[10] = _length[0]; // Number of data to read[11] = _length[1]; // Number of data to read data;

}

Кроссплатфоменная библиотека на основе протокола Modbus

#include <stdio.h>

#include <conio.h>

#include <iostream>

#include <WinSock2.h>

#include <WS2tcpip.h>

#include «modbus.h»namespace std;

#pragma comment (lib, «Ws2_32.lib»)

/*

Пример общения с контроллером посредством протокола modbus

Обмен данными идёт поверх протокола TCP на основе Windows Sockets 2

Код документирован, но для более полного понимания работы WinSock2 стоит обратиться к первоисточнику:

http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ms740673% 28VS.85% 29.aspx

*/

#define BUF_SIZE   256main(void)

{wsaData;addrinfo   * result = NULL;addrinfo * ptr = NULL;addrinfo hints;(LC_ALL, «Russian»);

/*

Инициализирует Windows Sockets.

Такая инициализация требуется во всех windows-подобных системах, включая ReactOS.

При портировании кода на UNIX-подобные системы подобная инициализация не требуется.

*/dResult = WSAStartup (MAKEWORD(2, 2), &wsaData);

if (dResult!= 0)

{<< «Не удалось инициализировать Winsock.»;1;

}

// Инициализируем структуру hints, предварительно обнулив её

ZeroMemory (&hints, sizeof(hints));.ai_family = PF_INET;.ai_socktype = SOCK_STREAM;.ai_protocol = IPPROTO_TCP;

// Записываем в hints адрес и порт контроллера в удобном для сокетов виде

DWORD dwRetval = getaddrinfo («10.134.163.147», «502», &hints, &result); // 192.168.129.12(dwRetval!= 0)

{(«getaddrinfo() отработала с ошибкой:%d», dwRetval);();1;

}= result;

// Неосредственно создаём сокет

//SOCKET sSocket = INVALID_SOCKET;sSocket;= socket (ptr->ai_family, ptr->ai_socktype, ptr->ai_protocol);(sSocket == INVALID_SOCKET)

{(«Функция socket() отработала с ошибкой:%d», WSAGetLastError());(result);();1;

} contin = true;

 // Подключаемся к контроллеру

 //dResult = bind (sSocket, ptr->ai_addr, (int) ptr->ai_addrlen);(sSocket, ptr->ai_addr, (int) ptr->ai_addrlen);

/* dResult = connect (sSocket, ptr->ai_addr, (int) ptr->ai_addrlen);(dResult == SOCKET_ERROR)

{(sSocket);(«Функция connect отработала с ошибкой:%d», WSAGetLastError());= INVALID_SOCKET;

}*/

/* if (sSocket == INVALID_SOCKET)

{(«Функция connect отработала с ошибкой:%d», WSAGetLastError());

WSACleanup();1;

}*/len = 12;

/*

Составляем пакет записи данных регистров команда 0x10

*/

/* len = 17; // НУ НА САМОМ ДЕЛЕ LEN БЫЛО 10 (А-0) там пишется 9 байтpacketForWriteSingleCoil[] =

{

/*

Заголовок MDAP

Это просто заголовок пакета

*/

// Transaction indentifier

// Два байта представляют собой идентификационный номер процесса передачи пакета

// 0x00, 0x00,

// Protocol identifier

// Описывает пакет

// 0x00, 0x00, // Эти два байта должны быть равны 0. Они говорят о том, что это именно modbus-пакет

// 0x00, 0x0A, // Эти два байта описывают размер передаваемого пакета

// Unit identifier

// Данный байт означает номер модуля, с которым идёт обмен данными

// 0x01, // мб 2?

/*

Собственно, вот эти данные как раз таки и нужны для выполнения конкретных действий с контроллером

*/

// Functon code

// Содержит номер функции, которую следует выполнить

// 0x03,

// Start address

// Адрес начала, куда будем писать

// 0x00, 0x6B, // адрес старшего-адресс младшего байта

// Значения, которые будем писать с начала указанного адреса

// 0x00, 0x03,

// 0x02, // количество байт данных

// 0x00, 0x0A, // данные старший байт данные младший байт

// 0x01, 0x02 //CRC старший байт СRС младший байт

// };

/*

Составляем пакет чтение

*/= 12; // было 7packetForWriteSingleCoil2 [] =

{

/*

Заголовок MDAP

Это просто заголовок пакета

*/

// Transaction indentifier

// Два байта представляют собой идентификационный номер процесса передачи пакета

x00, 0x00,

// Protocol identifier

// Описывает пакет

x00, 0x00, // Эти два байта должны быть равны 0. Они говорят о том, что это именно modbus-пакет

x00, 0x05, // Эти два байта описывают размер передаваемого пакета

// Unit identifier

// Данный байт означает номер модуля, с которым идёт обмен данными

x00,

/*

Собственно, вот эти данные как раз таки и нужны для выполнения конкретных действий с контроллером

*/

// Functon code

// Содержит номер функции, которую следует выполнить

x04,

// Start address

// Адрес начала, откуда будем читать

x00, 0x02,

// ЧИСЛО РЕГИСТРОВ ДЛЯ ЧТЕНИЯ

x00, 0x02,

};

// len надо определить т. к. эта переменная является параметром send()

while(contin)

{

/*

Обмениваемся данными

*/= send (sSocket, packetForWriteSingleCoil2, len, 0);(dResult == SOCKET_ERROR)

{(«Ошибка передачи данных:%d», WSAGetLastError());(sSocket);();1;

}

/*

Принимаем данные от контроллера

*/recvbuf [BUF_SIZE];

:ZeroMemory (recvbuf, BUF_SIZE);= recv (sSocket, recvbuf, BUF_SIZE, 0);(dResult > 0)(«\n Bytes received:%d\n», dResult);if (dResult == 0)(«Connection closed\n»);(«recv failed:%d\n», WSAGetLastError());

int i;

// Выводим на экран заголовок MDAP, так как у него всегда фиксированный размер

printf («MBAP: \n»);(i=0; i<11; i++) // было 7

printf («%x», recvbuf[i]);

// Теперь выводим остальные данные, зная их длину по заголовку MDAP

// Длина находится в двух байтах, расположенных по адресу recvbuf+4

printf («\nOur data: \n»);(; i < BUF_SIZE; i++)

printf («%x», recvbuf[i]);

// Ждём нажатия клавиши, чтобы успеть прочитать<< endl << «Нажмите любую клавишу для продолжения.»;

char ch = _getch();(ch == (char) 32)

contin = false;

}

// Говорим, что чтение закончено

dResult = shutdown (sSocket, SD_SEND);(dResult == SOCKET_ERROR)

{(«Функция shutdown() отработала с ошибкой:%d», WSAGetLastError());(sSocket);();1;

}

// Закрываем сокет(sSocket);

// Деинициализируем WinSock();(result);

return 0;

}

канал связь modbus коммуникационный