基于DDE协议通过以太网实现modbus plus和PLC的数据交换

1、引言

modbus plus（以下简称mb+）是一种针对工业控制应用的本地局域网系统。以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。其具有低成本、高可靠性、高速率、开放性好等特点，在工控领域得到了广泛的应用。

动态数据交换（dde）是windows操作系统一直保持兼容的一种应用程序间的数据通信方式。对于很多直接和硬件打交道的应用程序，尤其是plc编程软件，是一种较为可靠的通信方式。

本文通过某钢厂单机架平整机板型改造过程中的实际应用，介绍使用vc2005在windows下实现pc与mb+网的dde通信并通过以太网实现与板型仪plc的数据交换。

2、系统简要说明

本系统如图1所示，包括生产控制plc组，mb+网，pc服务器，100m以太网，板型控制系统。通过pc服务器实现互联。

图1 单机架平整机板型控制系统

生产控制plc组由mb+网来连接，pc机上使用一块sa-85的pci卡来连接到mb+，用于访问各节点上的plc。pc机上另外使用一块pci接口的以太网卡连接到以太网。板型仪提供了以太网接口，与pc机接入同一个局域网。

pc机上安装mb+网的dde服务程序，以及本文介绍的自编程序。dde服务程序通过mb+网获取plc上的数据，自编程序使用dde技术获得数据，打包后使用tcp协议发送给板型仪。板型仪通过tcp协议将各种测量数据和状态信号发给pc服务器，相关数据再通过dde协议送dde服务程序，最后通过mb+网送到相应的plc。

3、系统的具体实现

3.1 dde server软硬件安装方法

dde基于用户/服务器原则，通过建立应用程序间的对话连接，根据不同的主题和项目进行数据通信。为了从服务器获取数据，用户使用一种固定的3级特殊访问方式，这3级访问分别为：服务（service）、主题（topic）和数据项（item）。

不同的硬件平台所使用的dde数据通信硬件设备也不同，本文介绍的数据通信方法是针对mb+网而言的。pc平台上使用sa-85的pci卡来连接mb+网。使用前需要配置好sa-85的网络连接。

软件上，使用wonderware公司提供的io server组件中的modicon modbus

plus（以下简称mbplus）来连接mb+并提供dde的方式来访问数据的接口。此工具运行后如图2所示。

图2 mbplus连接

要使用此工具，还需要对它进行一些配置。从configure菜单中选择adapter card setting，设置需要连接的适配器，因为我们只安装了一个mb+的适配器，所以使用默认配置。之后就可以开始配置dde服务了。我们需要给每一个需要访问的mb+网上的设备按照dde协议定义一个topic。选择configure菜单下的topic definiTIon，进行topic的配置，如图3。

图3、topic配置

这里的topic name 就是之后访问dde服务的topic需要使用的名称，每个topic需要定义不同的名称，本系统共连接5个mb+网上的plc，分别定义为plc1、plc2、plc3、plc4、plc5。slave path 处定义的是不同设备的节点地址。配置好以后就可以使用dde协议来访问mb+网上的数据了。

3.2 编程实现

在完成了mb+的dde数据通信安装与设置后，就要在用户程序中进行编程，建立dde对话，控制数据通信流程。本文介绍vc2005的dde通信方式。事实上，vc2005并不直接与dde server进行dde对话，它是通过windows操作系统提供的ddeml（dde通信管理库）来管理dde通信具体工作的。该管理库的使用方法如下：

（1） ddeml的初始化工作

加载头文件，.#include “ddeml.h” //在工程中引用ddeml库然后按照dde server提供的3级访问方式建立vc与ddeserver的对话。此时service为mbplus，topic为plc4。通过选择不同的item及相应dde函数可以完成接收过程数据、发送控制命令、获取系统状态等工作。

使用ddeml后，实际上客户和服务器之间的多数会话并不是直达对方的，而是经由ddeml中转，即用回调函数处理dde交易（transacTIon）。在调用其他ddeml函数前，必须调用ddeiniTIalize（）函数，以获取实例标识符，注册dde 回调函数。通过回调函数来处理dde的事务。

本例中使用如下方法来初始化dde连接，dword idinst = 0; //定义dde实例标识的变量ddeiniTIalize（&idinst，（pfncallback）ddecallback，appclass_standard | appcmd_clientonly，0）;这里将ddecallback函数指定为dde的回调函数。实例初始化后得到实例的标识idinst，之后的操作都要使用这个标识。

（2） 通过dde协议的服务名，主题名和项目名来访问具体某个项目的数据

先定义dde的服务名和主题名

tchar szapp［］ = text（“mbplus”）; //服务名

tchar sztopic4［］=text（“plc4”）; //主题名

tchar szwidth［］=text（“400401”）; //项目名

tchar vlwidth［16］; //储存从dde服务器返回的数据

hsz hszwidth; //项目的dde标识

//项目名的命名规则具体可以查看mbplus程序的说明，这里400401表示的是项目在plc中的地址，这是一个//16位的整形数

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

if（ hconv4 ！= null ）

{

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

}

此处的ddeconnecttotopic和ddeautorequest为自定义的函数

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来获取服务器和主题名的字符句柄，使用ddeconnect来建立指定服务下的指定的主题的连接。之后使用ddeautorequest函数来向dde服务器请求置顶项目名的数据，在数据发生变化后dde服务器会自动将新的数据发送给客户端，客户端在回调函数中就可以获取到新的数据，具体方法见下文。如果某个主题下有多个项目需要处理，都用ddeautorequest来处理即可，此函数的实现如下：

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）;

}

接下来就可以通过dde的回调函数来获取数据了。

hddedata callback ddecallback（uint utype，uint ufmt，hconv

hconv，hsz hsz1，hsz hsz2，hddedata hdata，

dword dwdata1，dword dwdata2）

{

switch（ utype ）

{

case xtyp_advdata： //处理dde数据

if（ ufmt ！= cf_text ）

return dde_fnotprocessed;

memset（szbuffer，0，64）; //初始化缓冲区

datalen=ddegetdata（hdata，null，64，0）;//获取数据的长度

ddegetdata（hdata，（unsigned char* ）szbuffer，datalen，0）;//获取数据

if（ hsz1==hsztopic4 && hsz2 == hszwidth ） //判断数据对应于那个数据项，并作出具体处理

{

_atoflt（&fltval，szbuffer）; //dde的数据以字符串形式创送过来的，这里将它转换成数值

ptele1101-》msgblock1.stripwidth=fltval.f; //将数字存入缓冲区

}

return （ hddedata ）dde_fack;

}

return 0;

}

本例中dde回调函数要处理的dde项目不止一个，任意一个dde项目的值发生变化时，回调函数都会被自动调用一次，具体实现时只需要用if语句对hsz1和hsz2进行逐一比较即可处理所有的项目。缓冲区ptele1101用于存储通过以太网发送到板型仪的数据，下文中将详细介绍。

上面介绍的方法用于从dde服务器中获取mb+网上的数据，那么如何将数据写入到mb+网呢，同样还是使用ddeml库中提供的方法，具体如下：

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

//写数据到mb+，设置宽度为1020mm

ddepoke为自定义函数，具体实现为：

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） 与以太网交换数据，这里使用的是socket协议。前面提到了缓冲区ptele1101，这里存储的是要传送到板型仪的数据。这是一个结构指针，定义如下：

typedef struct

{

teleheader msgheader; //消息头

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;

这其中teleheader、tele1101block1、tele1101block2和tele1101block3也分别是一个结构，这里就不详述了。

本实例中使用另外一个线程来处理以太网的数据交换，这样不会中断处理dde数据的过程。

dword dwthreadid;

thread=createthread（null，0，（lpthread_start_routine ）

sockthread，null，0，&dwthreadid）;

sockthread为线程的过程函数，具体实现如下：

void sockthread（）

{

int i=0;

tchar buf［256］;

initwinsock（）;//初始化socket

//创建并设置协议类型，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）;

//绑定并监听端口

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

listen（socksrv，5）;

sockaddr_in addrclient;

int len=sizeof（sockaddr）;

while （1） //程序正常运行时，始终接收连接请求

{

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

zeromemory（buf，sizeof（buf））;

__try

{

while （1） //连接建立后每50秒交换一次数据

{

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（）;

}

这里ptele1102为接收数据的缓冲区，也是一个结构，定义与ptele1101类似，此处不详述。

从mb+网来的数据在使用dde协议获取后存入缓冲区ptele1101，发送到板型仪，从板型仪来的数据存入缓冲区ptele1102，相关数据再使用dde协议写回到mb+网，这样就实现了mb+网和以太网的数据交换。

4、结束语

本文介绍的数据交换的方法编程实现起来比较容易，代码量较少，能很好的解决异种网络间的数据交换的需求，并在单机架平整机板型控制系统中得到了成功的应用，取得了满意的效果。文中介绍的使用dde协议和socket协议处理数据的方式有较好的通用性，经过简单修改既可以用于其他的系统。另外通过简单的扩展，即可实现数据采集和分析的功能。可以广泛应用于工业控制的各个领域。