基于DDE協(xié)議通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)modbus plus和PLC的數(shù)據(jù)交換

1、引言

modbus plus（以下簡(jiǎn)稱mb+）是一種針對(duì)工業(yè)控制應(yīng)用的本地局域網(wǎng)系統(tǒng)。以太網(wǎng)是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。其具有低成本、高可靠性、高速率、開放性好等特點(diǎn)，在工控領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（dde）是windows操作系統(tǒng)一直保持兼容的一種應(yīng)用程序間的數(shù)據(jù)通信方式。對(duì)于很多直接和硬件打交道的應(yīng)用程序，尤其是plc編程軟件，是一種較為可靠的通信方式。

本文通過某鋼廠單機(jī)架平整機(jī)板型改造過程中的實(shí)際應(yīng)用，介紹使用vc2005在windows下實(shí)現(xiàn)pc與mb+網(wǎng)的dde通信并通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與板型儀plc的數(shù)據(jù)交換。

2、系統(tǒng)簡(jiǎn)要說明

本系統(tǒng)如圖1所示，包括生產(chǎn)控制plc組，mb+網(wǎng)，pc服務(wù)器，100m以太網(wǎng)，板型控制系統(tǒng)。通過pc服務(wù)器實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。

圖1 單機(jī)架平整機(jī)板型控制系統(tǒng)

生產(chǎn)控制plc組由mb+網(wǎng)來連接，pc機(jī)上使用一塊sa-85的pci卡來連接到mb+，用于訪問各節(jié)點(diǎn)上的plc。pc機(jī)上另外使用一塊pci接口的以太網(wǎng)卡連接到以太網(wǎng)。板型儀提供了以太網(wǎng)接口，與pc機(jī)接入同一個(gè)局域網(wǎng)。

pc機(jī)上安裝mb+網(wǎng)的dde服務(wù)程序，以及本文介紹的自編程序。dde服務(wù)程序通過mb+網(wǎng)獲取plc上的數(shù)據(jù)，自編程序使用dde技術(shù)獲得數(shù)據(jù)，打包后使用tcp協(xié)議發(fā)送給板型儀。板型儀通過tcp協(xié)議將各種測(cè)量數(shù)據(jù)和狀態(tài)信號(hào)發(fā)給pc服務(wù)器，相關(guān)數(shù)據(jù)再通過dde協(xié)議送dde服務(wù)程序，最后通過mb+網(wǎng)送到相應(yīng)的plc。

3、系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)

3.1 dde server軟硬件安裝方法

dde基于用戶/服務(wù)器原則，通過建立應(yīng)用程序間的對(duì)話連接，根據(jù)不同的主題和項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。為了從服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)，用戶使用一種固定的3級(jí)特殊訪問方式，這3級(jí)訪問分別為：服務(wù)（service）、主題（topic）和數(shù)據(jù)項(xiàng)（item）。

不同的硬件平臺(tái)所使用的dde數(shù)據(jù)通信硬件設(shè)備也不同，本文介紹的數(shù)據(jù)通信方法是針對(duì)mb+網(wǎng)而言的。pc平臺(tái)上使用sa-85的pci卡來連接mb+網(wǎng)。使用前需要配置好sa-85的網(wǎng)絡(luò)連接。

軟件上，使用wonderware公司提供的io server組件中的modicon modbus

plus（以下簡(jiǎn)稱mbplus）來連接mb+并提供dde的方式來訪問數(shù)據(jù)的接口。此工具運(yùn)行后如圖2所示。

圖2 mbplus連接

要使用此工具，還需要對(duì)它進(jìn)行一些配置。從configure菜單中選擇adapter card setting，設(shè)置需要連接的適配器，因?yàn)槲覀冎话惭b了一個(gè)mb+的適配器，所以使用默認(rèn)配置。之后就可以開始配置dde服務(wù)了。我們需要給每一個(gè)需要訪問的mb+網(wǎng)上的設(shè)備按照dde協(xié)議定義一個(gè)topic。選擇configure菜單下的topic definition，進(jìn)行topic的配置，如圖3。

圖3、topic配置

這里的topic name 就是之后訪問dde服務(wù)的topic需要使用的名稱，每個(gè)topic需要定義不同的名稱，本系統(tǒng)共連接5個(gè)mb+網(wǎng)上的plc，分別定義為plc1、plc2、plc3、plc4、plc5。slave path 處定義的是不同設(shè)備的節(jié)點(diǎn)地址。配置好以后就可以使用dde協(xié)議來訪問mb+網(wǎng)上的數(shù)據(jù)了。

3.2 編程實(shí)現(xiàn)

在完成了mb+的dde數(shù)據(jù)通信安裝與設(shè)置后，就要在用戶程序中進(jìn)行編程，建立dde對(duì)話，控制數(shù)據(jù)通信流程。本文介紹vc2005的dde通信方式。事實(shí)上，vc2005并不直接與dde server進(jìn)行dde對(duì)話，它是通過windows操作系統(tǒng)提供的ddeml（dde通信管理庫(kù)）來管理dde通信具體工作的。該管理庫(kù)的使用方法如下：

（1） ddeml的初始化工作

加載頭文件，.#include “ddeml.h” //在工程中引用ddeml庫(kù)然后按照dde server提供的3級(jí)訪問方式建立vc與ddeserver的對(duì)話。此時(shí)service為mbplus，topic為plc4。通過選擇不同的item及相應(yīng)dde函數(shù)可以完成接收過程數(shù)據(jù)、發(fā)送控制命令、獲取系統(tǒng)狀態(tài)等工作。

使用ddeml后，實(shí)際上客戶和服務(wù)器之間的多數(shù)會(huì)話并不是直達(dá)對(duì)方的，而是經(jīng)由ddeml中轉(zhuǎn)，即用回調(diào)函數(shù)處理dde交易（transaction）。在調(diào)用其他ddeml函數(shù)前，必須調(diào)用ddeinitialize（）函數(shù)，以獲取實(shí)例標(biāo)識(shí)符，注冊(cè)dde 回調(diào)函數(shù)。通過回調(diào)函數(shù)來處理dde的事務(wù)。

本例中使用如下方法來初始化dde連接，dword idinst = 0; //定義dde實(shí)例標(biāo)識(shí)的變量ddeinitialize（&idinst，（pfncallback）ddecallback，appclass_standard | appcmd_clientonly，0）;這里將ddecallback函數(shù)指定為dde的回調(diào)函數(shù)。實(shí)例初始化后得到實(shí)例的標(biāo)識(shí)idinst，之后的操作都要使用這個(gè)標(biāo)識(shí)。

（2） 通過dde協(xié)議的服務(wù)名，主題名和項(xiàng)目名來訪問具體某個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)

先定義dde的服務(wù)名和主題名

tchar szapp［］ = text（“mbplus”）; //服務(wù)名

tchar sztopic4［］=text（“plc4”）; //主題名

tchar szwidth［］=text（“400401”）; //項(xiàng)目名

tchar vlwidth［16］; //儲(chǔ)存從dde服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)

hsz hszwidth; //項(xiàng)目的dde標(biāo)識(shí)

//項(xiàng)目名的命名規(guī)則具體可以查看mbplus程序的說明，這里400401表示的是項(xiàng)目在plc中的地址，這是一個(gè)//16位的整形數(shù)

hconv4=ddeconnecttotopic（idinst，szapp，sztopic4，&hsztopic4）;

if（ hconv4 ！= null ）

{

ddeautorequest（idinst，hconv4，szwidth，&hszwidth）;

}

此處的ddeconnecttotopic和ddeautorequest為自定義的函數(shù)

hconv ddeconnecttotopic（dword idddeinst， lpctstr szapp， lpctstr

sztopic， hsz * hsztopic）

{

hsz

hszapp=ddecreatestringhandle（idddeinst，szapp，cp_winunicode）;

*

hsztopic=ddecreatestringhandlew（idddeinst，sztopic，cp_winunicode）;

return ddeconnect（idddeinst，hszapp，*hsztopic，null）;

}

使用ddecreatestringhandle來獲取服務(wù)器和主題名的字符句柄，使用ddeconnect來建立指定服務(wù)下的指定的主題的連接。之后使用ddeautorequest函數(shù)來向dde服務(wù)器請(qǐng)求置頂項(xiàng)目名的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)發(fā)生變化后dde服務(wù)器會(huì)自動(dòng)將新的數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端，客戶端在回調(diào)函數(shù)中就可以獲取到新的數(shù)據(jù)，具體方法見下文。如果某個(gè)主題下有多個(gè)項(xiàng)目需要處理，都用ddeautorequest來處理即可，此函數(shù)的實(shí)現(xiàn)如下：

void ddeautorequest（dword idddeinst， hconv hconv， lpctstr

szitem， hsz * hszitem）

{

*hszitem=ddecreatestringhandle（idddeinst，szitem，cp_winunicode）;

hddedata hdata=ddeclienttransaction

（null，0，hconv，*hszitem，cf_text，xtyp_advstart| xtypf_ackreq，5000，

null）;

}

接下來就可以通過dde的回調(diào)函數(shù)來獲取數(shù)據(jù)了。

hddedata callback ddecallback（uint utype，uint ufmt，hconv

hconv，hsz hsz1，hsz hsz2，hddedata hdata，

dword dwdata1，dword dwdata2）

{

switch（ utype ）

{

case xtyp_advdata： //處理dde數(shù)據(jù)

if（ ufmt ！= cf_text ）

return dde_fnotprocessed;

memset（szbuffer，0，64）; //初始化緩沖區(qū)

datalen=ddegetdata（hdata，null，64，0）;//獲取數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度

ddegetdata（hdata，（unsigned char* ）szbuffer，datalen，0）;//獲取數(shù)據(jù)

if（ hsz1==hsztopic4 && hsz2 == hszwidth ） //判斷數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于那個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，并作出具體處理

{

_atoflt（&fltval，szbuffer）; //dde的數(shù)據(jù)以字符串形式創(chuàng)送過來的，這里將它轉(zhuǎn)換成數(shù)值

ptele1101-》msgblock1.stripwidth=fltval.f; //將數(shù)字存入緩沖區(qū)

}

return （ hddedata ）dde_fack;

}

return 0;

}

本例中dde回調(diào)函數(shù)要處理的dde項(xiàng)目不止一個(gè)，任意一個(gè)dde項(xiàng)目的值發(fā)生變化時(shí)，回調(diào)函數(shù)都會(huì)被自動(dòng)調(diào)用一次，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)只需要用if語句對(duì)hsz1和hsz2進(jìn)行逐一比較即可處理所有的項(xiàng)目。緩沖區(qū)ptele1101用于存儲(chǔ)通過以太網(wǎng)發(fā)送到板型儀的數(shù)據(jù)，下文中將詳細(xì)介紹。

上面介紹的方法用于從dde服務(wù)器中獲取mb+網(wǎng)上的數(shù)據(jù)，那么如何將數(shù)據(jù)寫入到mb+網(wǎng)呢，同樣還是使用ddeml庫(kù)中提供的方法，具體如下：

ddepoke（idinst，hconv4，szwidth，text（“1020”））;

//寫數(shù)據(jù)到mb+，設(shè)置寬度為1020mm

ddepoke為自定義函數(shù)，具體實(shí)現(xiàn)為：

void ddepoke（dword idinst， hconv hconv， tchar* szitem， tchar*

szdata）

{

hsz hszitem=ddecreatestringhandlew（idinst，szitem，cp_winunicode）;

ddeclienttransaction（（lpbyte）unicodetoansi（szdata），（dword）（lstrlenw（szdata）+1），hconv，

hszitem，cf_text，xtyp_poke，3000，null）;

ddefreestringhandle（idinst，hszitem）;

}

（3） 與以太網(wǎng)交換數(shù)據(jù)，這里使用的是socket協(xié)議。前面提到了緩沖區(qū)ptele1101，這里存儲(chǔ)的是要傳送到板型儀的數(shù)據(jù)。這是一個(gè)結(jié)構(gòu)指針，定義如下：

typedef struct

{

teleheader msgheader; //消息頭

tele1101block1 msgblock1; //消息第一部分

tele1101block2 msgblock2; //消息第二部分

tele1101block3 msgblock3; //消息第三部分

} tele1101， *ptele1101;

ptele1101 ptele1101;

這其中teleheader、tele1101block1、tele1101block2和tele1101block3也分別是一個(gè)結(jié)構(gòu)，這里就不詳述了。

本實(shí)例中使用另外一個(gè)線程來處理以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換，這樣不會(huì)中斷處理dde數(shù)據(jù)的過程。

dword dwthreadid;

thread=createthread（null，0，（lpthread_start_routine ）

sockthread，null，0，&dwthreadid）;

sockthread為線程的過程函數(shù)，具體實(shí)現(xiàn)如下：

void sockthread（）

{

int i=0;

tchar buf［256］;

initwinsock（）;//初始化socket

//創(chuàng)建并設(shè)置協(xié)議類型，地址和端口

socket socksrv=socket（af_inet，sock_stream，0）;

sockaddr_in addrsrv;

addrsrv.sin_addr.s_un.s_addr=htonl（inaddr_any）;

addrsrv.sin_family=af_inet;

addrsrv.sin_port=htons（5001）;

//綁定并監(jiān)聽端口

bind（socksrv，（sockaddr*）&addrsrv，sizeof（sockaddr））;

listen（socksrv，5）;

sockaddr_in addrclient;

int len=sizeof（sockaddr）;

while （1） //程序正常運(yùn)行時(shí)，始終接收連接請(qǐng)求

{

sockconn=accept（socksrv，（sockaddr*）&addrclient，&len）;

zeromemory（buf，sizeof（buf））;

__try

{

while （1） //連接建立后每50秒交換一次數(shù)據(jù)

{

len=send（sockconn，（char *）ptele1101，sizeof（tele1101），0）;

len=recv（sockconn，（char *）ptele1102，sizeof（tele1102），0）;

if （0==len || socket_error==len）

{

len=wsagetlasterror（）;

raiseexception（1，0，0，null）;

}

sleep（50）;

}

}

__except（exception_execute_handler）

{

closesocket（sockconn）;

}

}

closesocket（socksrv）;

wsacleanup（）;

}

這里ptele1102為接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，也是一個(gè)結(jié)構(gòu)，定義與ptele1101類似，此處不詳述。

從mb+網(wǎng)來的數(shù)據(jù)在使用dde協(xié)議獲取后存入緩沖區(qū)ptele1101，發(fā)送到板型儀，從板型儀來的數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)ptele1102，相關(guān)數(shù)據(jù)再使用dde協(xié)議寫回到mb+網(wǎng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了mb+網(wǎng)和以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換。

4、結(jié)束語

本文介紹的數(shù)據(jù)交換的方法編程實(shí)現(xiàn)起來比較容易，代碼量較少，能很好的解決異種網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)交換的需求，并在單機(jī)架平整機(jī)板型控制系統(tǒng)中得到了成功的應(yīng)用，取得了滿意的效果。文中介紹的使用dde協(xié)議和socket協(xié)議處理數(shù)據(jù)的方式有較好的通用性，經(jīng)過簡(jiǎn)單修改既可以用于其他的系統(tǒng)。另外通過簡(jiǎn)單的擴(kuò)展，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和分析的功能。可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。

責(zé)任編輯：gt