【正文】 原理和開發(fā)過程。 and the realization of the key technology.Key words: Communication protocol of Modbus。微電子技術和計算機技術的不斷發(fā)展，引起了儀表結構的根本性變革，以微型計算機（單片機）為主體，將計算機技術和檢測技術有機的結合，組成新一代“智能化儀表”，在測量過程自動化、測量數(shù)據(jù)處理及功能多樣化方面與傳統(tǒng)儀表的常規(guī)測量電路相比較，取得了巨大進展。使計算機控制系統(tǒng)成為最為方便的自動控制方法。軟硬件開發(fā)商只用編寫一套接口程序就可以滿足需要，大大的節(jié)約了成本[6~8]。OPC規(guī)范定義了一個工業(yè)標準接口，這個標準使得COM技術使用于過程控制和制造自動化等應用領域。OPC保證了軟件對客戶的透明性，使得用戶完全從低層的開發(fā)中脫離出來。不過在國內(nèi)OPC產(chǎn)品開發(fā)目前幾乎還是空白，只有少數(shù)自動化軟件和大型硬件廠商實現(xiàn)了OPC客戶或OPC服務器功能，市場開拓還處于概念宣傳階段。首先詳細論述了Modbus協(xié)議的主要內(nèi)容、歷史和現(xiàn)場總線技術，介紹了Modbus數(shù)據(jù)模型、地址參數(shù)表、通信結構及兼容分類。2 Modbus總線技術 現(xiàn)場總線技術現(xiàn)場總線技術是用于過程自動化、制造自動化等領域的現(xiàn)場智能設備相互通信的網(wǎng)絡，它作為工業(yè)數(shù)字通信網(wǎng)絡基礎，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場及控制設備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它有以下三點成功之處：（1）開放性：用戶可以放心的免費使用Modbus協(xié)議，不用繳納費用，不會構成侵權；（2）支持多種電氣接口：RS232，RS42RS485等，可在雙絞線、光纜、無線射頻等介質(zhì)上傳送；（3）簡單易懂：其格式幀是最為簡單緊湊的協(xié)議，廠商開發(fā)簡單，用戶使用也方便。若主站未收到應答信息或者響應報文，會再次發(fā)送報文給從站?！白x寫通用寄存器”功能碼定義可指定一個32位寄存器地址，用戶寄存器起始地址是十進制數(shù)表示的1，而不是像很多其他程序一樣從0開始。2級類代表一些特殊的功能應用，此外還通過分類來識別一些已經(jīng)存在但不易解釋實現(xiàn)的交易。寫多個線圈（功能15）讀文件記錄（功能20）寫文件記錄（功能21）另外，如果過程發(fā)生狀況，則由從機返回一組例外碼，所有例外通過給請求的函數(shù)碼加0x80來發(fā)送信號，就是將最高位置一。OPC基金會在1996年9月24日在美國達拉斯舉行了第一次理事會，并在同年10月7日芝加哥的第一次全體大會上宣告成立。中國也由5家公司作為發(fā)起人于2001年12月成立了中國OPC促進會。 COM技術COM是微軟公司倡導的一個制定軟件的方法，在COM的構架下可以開發(fā)出各式各樣的功能專一的組件，然后按照需要將他們結合起來，構成復雜的應用系統(tǒng)。其中COM核心包括服務控制管理員、接口基、接口代理和COM庫。下面簡單介紹一下COM組件、COM對象和COM接口。COM接口都是從IUnknown接口派生的，COM接口實現(xiàn)了二進制的內(nèi)存結構。客戶程序通過指定的CLSID進行對象的創(chuàng)建和初始化工作，客戶程序要使用COM對象的接口，它必須知道該接口的IID和接口成員函數(shù)。在OPC數(shù)據(jù)存取規(guī)范中，同步數(shù)據(jù)訪問方法是用IOPCSyncIO接口來實現(xiàn)，IOPCSyncIO接口有兩個函數(shù)：Read和Write。當OPC服務器完成數(shù)據(jù)訪問時，觸發(fā)OPC應用程序異步訪問的完成，將數(shù)據(jù)結果返回給OPC應用程序。其結構如下圖41所示：監(jiān)控程序和其他上層應用程序OPC客戶端（接口）服務器對象組對象項對象客戶端Modbus OPC服務器現(xiàn)場設備PLCModbus從設備圖41 OPC服務器結構框架從現(xiàn)場設備讀取回來的數(shù)據(jù)通過Modbus協(xié)議工業(yè)以太網(wǎng)以數(shù)據(jù)幀的形式傳到OPC服務器，經(jīng)過服務器的處理再通過OPC接口上傳到OPC客戶端，這樣就完成了遠程監(jiān)控現(xiàn)場設備運作狀態(tài)的過程。其數(shù)據(jù)點監(jiān)視功能使通信模塊在客戶端界面上實現(xiàn)對設備數(shù)據(jù)點的讀寫。對于每一個IP地址、IP端口必須定義唯一一個通道，這樣連接到網(wǎng)絡上的設備就可以利用這些信息連接到確定的唯一的OPC服務器的物理設備。物理設備中的模擬變量是以整數(shù)或者浮點數(shù)的形式讀出的，可是這些值只是存儲區(qū)內(nèi)的一個相對量，模擬變量模塊可以將它們經(jīng)過比例變換成為有意義的物理值，還需要定義物理單位、死區(qū)、上溢下溢范圍等信息。同時需要OPC服務器支持Modbus通信協(xié)議，不需要任何額外的驅(qū)動程序，在和Modbus從設備通信的時候不需要為每個通信設備提供不同的驅(qū)動程序；然后OPC服務器需要提供IOPCServer、IOPCItemMgt、IOPCCGroupStateMgt、IOPCSyncIO等接口的實現(xiàn)，只有實現(xiàn)了這些接口，客戶端才能夠通過該接口實現(xiàn)添加刪除服務器的組對象，對組對象進行管理。標簽組可以讓瀏覽標簽的客戶端分層次的仔細查看標簽；（4）標簽：標簽用于在OPC服務器中映射目標硬件數(shù)據(jù)點。然后將OPC基金會網(wǎng)站上提供的相應的頭文件添加到工程中，通過繼承這些接口派生出新的接口類實現(xiàn)每個接口的成員函數(shù)。為避免不同線程同時對數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)進行操作，須考慮對臨界區(qū)的互斥控制；（5）界面設計。每個接口有讀、寫兩種函數(shù)。讀設備強迫服務器從所連的設備讀取數(shù)據(jù)。異步函數(shù)包括讀、寫、刷新和取消。異步寫函數(shù)通過連接點返回給OPC客戶的是I/O函數(shù)操作完后的狀態(tài)。句柄是組和項的一個屬性。句柄是一個普通的數(shù)據(jù)結構、一個索引或偏移量，服務器通過句柄來聯(lián)系項。OPC服務器與客戶端數(shù)據(jù)傳送機制是整個OPC服務器開發(fā)過程中的關鍵技術，下面對這兩種數(shù)據(jù)傳遞方式分別進行討論。異步報有3種類型：復合文檔、數(shù)據(jù)變化和視區(qū)變化IAdviseSink的實現(xiàn)者可以根據(jù)實際需要讓IAdvieSink接收一種或多種類型的異步通報，IAdvieSink的每一種方法是對應于一種特定通報的回函數(shù)。下面簡單介紹下一步操作流程：在OPC中，數(shù)據(jù)傳輸是以組為單位進行的在實現(xiàn)異步操作前，客戶和服務器之間必須以組為單位建立連接，這個連接是由客戶調(diào)用服務器的IDataObject接口中的 DAdvise函數(shù)建立的。服務器在OPCGroup對象中保存客戶的IAdviseSink對象和數(shù)據(jù)格式；（6）客戶調(diào)用服務器IOPCASyncIO發(fā)出讀/寫操作，服務器給相應組和項做異步讀/寫標記；（7）服務器向通道發(fā)送命令，等待命令返回；（8）服務器接收通道的讀/寫結果，給與通道對應的OPC項置讀/寫完成標記；（9）服務器中建有定時器，該定時器定時掃描OPC項的異步操作標記當發(fā)現(xiàn)標記為完成時，調(diào)用IOPCDataObject中保存的客戶的IAdviseSink對象的OnDataChange函數(shù)，把項的數(shù)據(jù)傳輸給客戶，然后給項的標記復位客戶在OnDataChange 函數(shù)中，按照約定的數(shù)據(jù)格式，獲得異步操作的結果?？蛇B接對象管理所有的出接口。服務器接著獲得輸出接口的指針。首先從OPC基金會定義的組對象接口派生出新的接口類并實現(xiàn)其成員函數(shù)的功能，然后增加指針成員變量指向這些接口類。OPC客戶程序?qū)⑼ㄟ^OPC組對象的接口函數(shù)來間接調(diào)用OPC項的這些成員函數(shù)；（2）定義OPC數(shù)據(jù)服務器的名稱和類標識。在COM規(guī)范中，客戶程序是通過類廠創(chuàng)建COM對象并返回其接口指針的，因此需要為CMyServer類設計相應的類廠。5 OPC服務器的實驗測試（1）同步實例界面，實現(xiàn)了啟動、停止服務器，同步讀寫操作，并回復操作結果，如圖51所示。圖52 服務器界面（3）設備屬性，可以設置具體到一臺設備的相關參數(shù)，如IP地址、端口號、設備號、網(wǎng)關設備、超時時間、消息周期等等，如圖53所示。但測試中發(fā)現(xiàn)以下幾個問題：（1）頻繁的啟動停止服務器時，偶爾出現(xiàn)不能打開的情況；（2）在數(shù)據(jù)量過大時候轉(zhuǎn)換不出模擬量；（3）時間戳部分偶爾出現(xiàn)時間錯誤。我對自己充滿信心。extern SETSERVERSTATE SetServerState。extern REGSERVER RegServer。extern UNREGTAG UnregTag。extern SETTAGPROPERTY SetTagProperty。extern SETWRITECALLBACKEX SetWriteCallbackEx。extern SETGROUPNOTIFY SetGroupNotify。//讀寫回調(diào)函數(shù)類型的聲明extern void __stdcall ReadCallback(DWORD handle,VARIANT* pNewValue,WORD* Quality, FILETIME* ft, DWORD* pDeviceError)。服務器通知函數(shù)聲明extern void __stdcall ServerNotify(DWORD handle, WORD wOperate)。//定義OPC服務器的名稱const LPCSTR OPCDescr = Agilewill 。 for(I=0。 *ft=TagList[I].ft。 FILETIME ft。 for(I=0。 TagList[I].ft= ft。 break。 } else ServerCount。尤其要強烈感謝我的論文指導老師汪先兵老師，他對我進行了無私的指導和幫助，不厭其煩的幫助進行論文的修改和改進。感謝這篇論文所涉及到的