Modbus TCP 通訊測試

Modbus TCP 資料格式和 Modbus RTU 很相似，但 Modbus TCP

沒有檢查碼、結束字元，而啟始字元共 6byte，定義一些 TCP/IP 需 要的係數，如表 3.16 所示，說明如下：

1. Byte 0：本次通信 Message 的編號以 2bytes 整數(Byte0、1)表示，

此 byte 為上字元，一般是由 Master 編號之，以區分每次 Message。

而 Slave 直接將 Master 傳來的 Query Message，轉至 Response

Message。

2. Byte 1：本次通信 Message 的編號下字元。

3. Byte 2：通信規約識別號碼以 2bytes 整數（Byte 2、3）表示，此 byte 為上字元。

4. Byte 3：通信規約識別號碼下字元。

5. Byte 4：Message 長度以 2 bytes 整數(Byte 4、5)表示，此 byte 為上

字元，因為長度不能超過 256 位元，所以此位元永遠為零。

6. Byte 5：Message 長度下字元。Message 長度計算由 Device Address

開始至 Data 為止，單位為 Word。[15]

Modbus TCP Framing START 6 個起始字元，6 byte

Address Slave 站號，1 byte

Function Modbus 命令代號，1 byte DATA (N-1)

……

DATA 0

命令內容 N*8bit

Error Check

不使用

END

不使用

表 3.16 Modbus TCP 資料格式

在瞭解 Modbus TCP 封包格式之後，我們接下來，要延續監控系 統建置的步驟，進行到步驟 7.Modbus Serial、TCP 資料傳輸測試，而 這一小節，我們要接著進行 Modbus TCP 的資料傳輸測試。而測試方 法，就是依照規範好的封包格式，進行測試。首先，我們先建立傳輸 通道，如圖 3.5 電氣迴路圖 P-03 所示，我們將資料收集器的 Ethernet

Port 與資料模擬器的 Ethernet Port 透過 CAT5 的網路線連接到 Switch SH1 上，並依照 EIA-568-A/B 的規範，完成硬體交握通道建立。接下

來，軟體交握測試方法如下一一舉例。

測試一：強制多接點輸出狀態

測試命令：想要強制第 10 站，起始位置 11 號輸出點，連續強制輸

16 個輸出接點的狀態為 0101101000111100。

送出命令碼：00 01 00 00 00 09 0A 0F 00 0B 00 10 02 5A 3C

Address 0A 1 Byte

由第十站回覆，十的 10 進位制為 10 等於

指令碼

3 33

3....2.3 2.3 2.3 2.3 行動通訊行動通訊行動通訊行動通訊 3G3G3G 資料傳輸測試3G資料傳輸測試資料傳輸測試資料傳輸測試

在 1.3 節中，我們提到發射器，它是 GPRS 的閘道器（虛擬 COM 功能），可讓串列設備透過行動通訊 GPRS 網路傳輸到遠端中心站。

採用 VxComm 技術，配合安裝 VxServer 軟體於遠端電腦，即可在遠端 電腦上虛擬出相對應的串列埠，建立資料傳輸通道，完成資料傳遞任 務。在 2.1 節中，我們也有提到，何謂行動通訊呢？係指行動通信網 路系統經營者，利用無線電通信頻道，在移動狀況下讓使用者的行動 終端設備，能夠雙向發射或接收資料的服務。像這樣兩點之間，透過 無線通訊的連結，即使通訊的雙方處於移動狀態，仍可保持雙方通訊 連結，就是行動通訊。綜合上述兩點，我們可以知道，發射器就是利 用天線發射/接收無線電頻率，將資料送至基地台，再透過網路將資 料傳送到主控伺服器，再利用 VxServer 建立新的 TCP 通道，再利用 VxComm 技術，建立 Serial Port 的連結，借此完成 3G 資料傳輸的須 求，其架構圖如 3.8 所示。在這邊指的 Serial Port 的連結是指發射 器的實體 COM Port 與主控伺服器的虛擬 COM Port 的連結。

圖 3.8 3G 行動通訊與 GT-541 的資訊傳送架構

在瞭解 3G 行動通訊與 GT-541 的資訊傳送架構之後，我們接下來，

要延續監控系統建置的步驟，進行到步驟 8.行動通訊 3G 資料傳送測 試。首先要先設定 GT-541 的參數，讓它可以透過 3G SIM 卡，合法 傳輸數據至蜂巢網路。在 2.2.1 節中，我們有提到 TIA-232-F 的串列 通訊，而設定 GT-541 正是要通過 RS-232 來下載參數。如圖 3-9 所示，

我們透過 06、07、08 這三隻腳號，建立 GT541 與 PC 端的 RS-232 硬體通道連結。而軟體通道，就是透過 GT-541_Utility，選定電腦端

COM Port，點選 Connect 即可。如果連線失敗，會顯無法連線；連線

成功，會問你要不要讀回目前設定。

圖 3.9 GT-541 接腳圖

連線成功後，會看到 COM Port Connected 的訊息，點選左方欄 的 System，如圖 3.10 所示。我們可以看到幾個關鍵的參數，如下所 示：

1. Remote Server：就是遠端欲連線至 GT-541 的電腦目前在網路上的

實體 IP，透過實體 IP，才可正確的將資料傳送到主控伺服器。就 像真實世界的地址一樣，地址是唯一，網路上的 IP 也是唯一。

2. Remote Server Port：電腦要通訊的 TCP 埠。在表 2.6 中，我們有

提到常用 TCP/IP 埠，而沒被定義的埠，都可以被使用。

3. GPRS Server name：GUEST 4. GPRS Server password：GUEST 5. GPRS Server APN：INTERNET

上述的 3、4、5 點，特別重要下面，這三個參數是 GPRS 晶片供 應商的連線認證碼，若認證碼是錯誤的，就無法傳輸資料，但此資訊，

是不公開的，一般門市的服務人員是不知道的，而電話諮詢人員，也 不會知道，必須要跟 3G 電信業者的技術服務處查尋，不容易取得。

其它的參數，非關鍵因素，在此略過。設定參數完成後，點 Download，

會自動重啟 GT-541，此時 3G 傳輸通道，已建新完成。

圖 3.10 GT-541 參數設定畫面

再來是利用 VxServer 建立新的 TCP 通道，此通道連結著 GT-541

與主控伺服器。設定方法為，點選 Setting，再點選 Modify local IP 與

Modify local Port，設定為圖 3.9 的 Remote Server 與 Remote Server Port

相同 IP 與埠，即可完成 TCP 通道的建立。如圖 3.11 所示。

圖 3.11 VxServer 參數設定畫面

再來我們要建立 GT-541 的實體 COM Port 與主控伺服器的虛擬

COM Port 的連結。因為，我們在現場端的資料收集器，是透過 COM Port 連結至 GT-541 的 COM Port，所以我們必須將遠端資料收集器的 COM Port 的資料，送至主控伺服器的虛擬 COM Port 上，完成資料的

傳輸。方法就是利用 VxComm Utility，點選 Search Servers 會找到遠 端的 GT-541 裝置，再設定好 Map 的 COM Port 位置，如圖 3.12 所示。

此時遠端實體 COM Port 與主控伺服器的虛擬 COM Port 通道就建立 完成了。而主控伺服器，就可以開始接收現場資料收集器的資料。

圖 3.12 VxComm Utility 參數設定畫面

第四章 第四章 第四章

第四章 研究成果 研究成果 研究成果 研究成果

4.1 系統實作系統實作系統實作系統實作

本章節將進入廢水監控系統的圖形控制介面設計。圖形化控制的 優點是容易理解、容易操作、外觀優美、親和力強，這也反應出智慧 型手機，為什麼廣受好評的原因。圖形控制介面是本研究的核心，它 就像人體中的腦及中樞神經，它掌控監視及控制的角色，就像人體中 的腦發號施令及中樞神經傳導命令、接受回應。而它也展現出此研究 的實際成效，讓環境維護管理人員能夠透過它，瞭解現場廢水的情 況，即時做出回應及處理。它不僅可以在遠端呈現現場廢水的監測 值，讓環境維護管理人員知悉，還可以讓環境維護管理人員在遠端操 作監控設備，進行自動清洗及自動校正的功能。

廢水監測儀器，在長時間使用時，儀器內部管路，會有雜質黏著 效應，因此須要自動清洗功能，如果讓人員到現場進行清洗，可能會 費時又費力。另一種情況是 Sensor 老化，此時的量測值可信度，就 非常的低，因此也須要有自動校正的功能，一般會採用標準液測定其 誤差曲線是否為線性偏移，再以 offset 的方式，提高可信度。當然，

如果老化到國際標準或是國家標準之下，就必須更換新的感測器。

4.1.1 硬體實作部份硬體實作部份硬體實作部份 硬體實作部份

在第三章的圖 3.6 盤面配置圖 P-04 中，我們已經呈現出硬體實 作部份，並以 CAD 圖面的形式展現其規劃硬體配置方式。以電腦模 擬盤面配置的好處如下：

1.

電腦繪製的圖形是以檔案的形式儲存，可以很容易的將其保存、

複製、修改，不須真正的製作成品，在設計變更時，以電腦修改 即可，等到確認無誤後，才製作成品。如此一來，可以節省實體 成品反覆製作的費用。

2.

電腦繪圖軟體所提供的各種特殊工具，例如圖形放大、縮小、分 割、更改顏色、更換位置、複製同元件、陣列擺放…等，都可輕 易、快速的完成，不浪費時間而有效率。

3.

特殊的繪圖軟體，例如 Autocad electrical、EPLAN P8、Engineering

base…等，還可以根據參數，自動生成線號、自動連結物件、自

動生成採購元件報表清單、自動生成端子台配置…等。加速設計 流程、減少人為的錯誤發生率。

4.

繪製出的圖形，可以在各種軟體中，相互應用。例如：利用 E-mail 寄出檔案，與國外技師交換資訊或意見；利用已繪製好的檔案，

放置在監控系統畫面中，明確的指示數據採集的位置…等。像這 樣一物多用，不僅可以節省支出，亦可節省時間。

基於上述各項優點，在此次研究設計時，我們亦先採用電腦繪圖 的方式，陳設各式電氣元件，以最小的設計空間，達到最大的放置效 果，不會太擁擠，也不會太寬鬆。同時，也可以考量電磁干擾問題，

在電腦模擬的情況下，陳設出最好的環境，減少干擾的發生率。在陳 設佈置完成後，就可以訂定出，電氣元件固定底板的尺寸，達到最小 的支出，最大的空間利用率。當然，在設計時，還要預留部份的擴充 空間。擴充空間的重要性在於，初始設計時，可能有考量不足的地方，

或是客戶端提出增設功能元件…等，都會造成擴充的電氣元件須要放 置，此時預設的擴充空間就發揮效益。但是，擴充空間也不可太過，

亦會造成資源的浪費，這都是系統設計時，須考量的部份。

綜合上述觀點，以 CAD 先行模擬設計，實為上上之選。而在第

三章的圖 3.6 盤面配置圖 P-04 中，我們已呈現出規劃設計的圖面，而 實踐成果，如圖 4.1 電氣控制盤實體設計所示。當中所考量的各種觀 點，例如：安全電氣元件選用、安全線徑設計、干擾防制、線號編制 規則…等，已於 3.1.1 節中詳述，在此就不在綴述。將圖 4.1 與圖 3.6 實際比較後，可能會有些許元件的陳設位置，有一點位置的偏差，但 相似率幾乎可達 99％。至於些許元件位置有所偏差的原因在於，那 些元件無關乎功能的影響，為加速實體製作的速度，有些許的偏差，

是可接受的範圍。

圖 4.1 電氣控制盤實體圖

4.1.2 軟體實作部份軟體實作部份軟體實作部份 軟體實作部份

在軟體實作部份，我們先介紹資料收集器的程式開發成果。在表 3.5 中，我們已定義出 DO 資料接收方式為 Modbus TCP、BOD 資料

接方式為 Analog(4~20mA)、SS 資料接收方式為 Modbus Serial RTU。

在圖 4.2 中，此段程式就是展現以 Modbus TCP 接收資料的方法。說 明如下：

1. Pt 為 PLC 的通訊埠號，此案 Server PLC 為第 1 站，Slave PLC 為

第 10 站

2.

由 Server PLC 的 Port2 讀寫 Slave PLC，所以 Pt 設定為 2

3. Server PLC 的 CBEH 設定：192.168.0.40 - Port 502

4. Remote PLC 的 CBE 設定：192.168.0.41 - Port 502

5.

讀取 400011 連續 5 個位置給 R100~R104，R110 DO 測值、R111 DO 警報、R112 資料模擬器 TCP 通訊存活旗標

圖 4.2 Modbus TCP 資料接收程式

在圖 4.3 中，此段程式就是展現以 Analog(4~20mA)接收資料的方 法。說明如下：

1.

欲讀取 4~20mA 轉變為 0~100.0 mg/L

2. R90 等於 AD 讀取的 BOD 類比值；R80 為類比訊號轉換的最小值，

也就是 1628；R81 為類比訊號轉換的最大值，也就是 8175；R82

為欲轉換的最小值，也就是 0；R83 為欲轉換的最大值，也就是

1000

3. R120 方程式 LCNV(線性比例轉換)轉換後的 BOD；R3840 為 AD0

的輸入的電流轉換值

4.

線性比例轉換公式為：(R80-0)/(R81-R80)=(R120-0)/(R83-R82)

圖 4.3 Analog(4~20mA)接收資料程式

在圖 4.4 中，此段程式就是展現以 Modbus Serial RTU 接收資料 的方法。說明如下：

1.

由 Server PLC 的 Port3 讀寫 Slave PLC，所以 Pt 設定為 3

2. Server PLC 的 Port3 設定：19200,n,8,1 永宏通訊協定 3. Remote PLC 的 Port4 設定：19200,n,8,1 Modbus Slave

4.

讀取 400031 連續 5 個位置給 R130~D134。R130 SS 測值、R131 SS 警報、R132 資料模擬器 Serial 通訊存活旗標

圖 4.4 Modbus Serial RTU 資料接收程式

在 3.1.2 節中，我們提到將兩個警報狀態以一個 Word 傳送，而 這個 Word 的最後兩個位元代表主機警報、超限警報，接下來的程式 就是要進行解析。展現其解析方法，如圖 4.5 所示。此圖為 DO 警報 解析方式，而 BOD、SS 的解析方式相同，不再綴述。

圖 4.5 警報狀態解析程式

完成資料收集器的軟體開發後，接下來要進行的就是主控伺服器 的監控程式開發。在第三章的 3.2.3 小節中，我們已測試過資料如何 回到主控伺服器。其核心部份，就是採用 VxComm 技術，配合 VxServer 軟體於遠端電腦虛擬出相對應的串列埠，建立資料傳輸通道，完成資

完成資料收集器的軟體開發後，接下來要進行的就是主控伺服器 的監控程式開發。在第三章的 3.2.3 小節中，我們已測試過資料如何 回到主控伺服器。其核心部份，就是採用 VxComm 技術，配合 VxServer 軟體於遠端電腦虛擬出相對應的串列埠，建立資料傳輸通道，完成資

在文檔中 使用3G第三代行動通訊技術於無線監控系統之研究-以工業區廢水排放無線監控為例 (頁 75-0)