【物联网篇】PHP通过Modbus Tcp实时获取设备数据

2023-08-03 13:23:04

前言：

最近接触了一个关于PLC工控的小项目，大概场景是，对方一个茶叶工厂。已经通过各种设备组成了自动化的工控系统。并且也让我的一个朋友做了茶园监控和茶园天气环境等的web页面展示，但是还没有工控设备的数据显示。

需求：

工控设备已经连接到了一台作为上机位的电脑上，所以要获取设备数据。需要在同一局域网上，通过modbus tcp请求对方已经开放的端口。拿到数据储存到数据库，最后web界面只用按时间顺序获取数据库的数据。

因为访问对方电脑需要他们提供授权，所以这里演示就以modbus的调试工具，以及后面PHP代码请求示例。

工具：

1. Modbus Slave：从机端模拟软件，这里测试可以把他作为服务端，PHP为客户端就是取该机子的数据。

2. Modbus Poll：主机仿真器，用于测试和调试Modbus从设备，这里测试也只是把他当做客户端使用。

3. ModScan32：主机/从机模拟程序，以后介绍。

4. MThings：一个国产免费软件，既可以模拟主机设备又可以模拟从机设备，以后介绍。

以上软件，可以扫描下面二维码，输入“modbus模拟” 获取地址。

工具操作：

一. Modbus Slave

1. 创建TCP/IP连接。

(1). 点击connection->connection，弹出参数窗口，可以按下面确认。

(2). 配置函数，点击setup->slave definition，弹出参数窗口，默认OK就可以。

(3). 修改某项数据的值，双击对应的框，弹出后修改OK就可以。

2. 从机参数说明。

(1). ID, 机子的设备标识，是slave definition的slave ID

(2). F, 当前节点的函数码，主机获取代码获取设置数据，需要指定的函数。

3. 查看发送和接收数据明细。

(1). 点击display，弹出面板。

4. 注意事项。

modbus slave每次连接只能维持10分钟，可能是没有激活。

一. Modbus Poll

1. 通过Tcp获取从机上的数据。

(1). 连接，点击connection->connection, 选择TCP/IP。

(2). 修改为slave机子对应的IP地址和端口，点击保存。

(3). 连接成功后，查看读写定义，可以按指定slave配置修改。

(4). 连接失败，Mbpoll面板会提示红色字体。面板文字说明如下。

Tx = 4表示向主站发送数据帧次数，图中为4次； Error = 0表示通讯错误次数，图中为0次； ID = 1表示模拟的Modbus子设备的设备地址，图中地址为1；F = 03表示所使用的Modbus功能码，图中为03功能码； SR = 1000ms表示扫描周期。红字部分，表示当前的错误状态，“No Connection”表示未连接状态。

(5). 查看读写数据。

PHP代码演示：

1. modbus类库包下载。

composer require adduc/phpmodbus

2. 编写请求 "03 Read Holding Registers"函数示例代码。

<?php
/**
* author: bqs
* desc: 请求modbus地址
* 公众号： ZERO开发
*/

require_once 'vendor/adduc/phpmodbus/Phpmodbus/ModbusMaster.php';

	// Modbus master UDP
	$modbus = new ModbusMaster("127.0.0.1", "TCP");
	
	// Read multiple registers
	try {
		$recData = $modbus->readMultipleRegisters(1, 0, 5);
	}
	catch (Exception $e) {
		// Print error information if any
		echo $modbus;
		echo $e;
		exit;
	}
	
	var_dump($recData);die;
	
	// Print data in string format
	echo PhpType::bytes2string($recData);


?>

3. 环境要求。

1. PHP的LAMP环境已经搭建完毕
2. 可以不用配置虚拟域名，直接localhost访问modubus_tcp_pro.php文件
3. PHP版本最好是5.5，因为7.0以上运行会对类的构造函数命名报错
4. PHP5.5扩展开启了php_sockets

5. 运行成功后，返回数据，数组的索引需要计算匹配modbus slave的地址名
6. 计算方式: (索引-1)/2

4. readMultipleRegisters说明。

参数1：unitId, modbus设备ID，参考slave的slave ID
参数2：reference，地址号，在设备内存中，数据的地址引用，参考slave配置的地址
参数3：quantity，线圈，要去设备中读取的数据量，参考slave配置的quantity

5. 请求异常的几种情况。

(1). socket_connect() failed

slave的连接停止了，需要重新开启。

(2). Modbus response error code: 2 (ILLEGAL DATA ADDRESS)

从机设备上数据的内容地址不对，可以根据slave的definition的参数，报错可以查看ModbusMaster类的responseCode方法。

请求的quantity数超过slave定义的quantity数量也会报内容地址错误，请求只能小于定义的数量。

6. 关于返回的数组。

如果请求的是5个数据，phpmodbus会返回元素为10的数组。如果是2个，则返回4个元素数组，以此类推。

7. 关于返回数组与slave的数据块地址数据对应的方式。

8. 获取设备上指定数据块的实际的数据。

(1). 枚举某数据块下索引对应的标识。

// 数据库设备的数据描述
	$devicesDataBlock = [
		"0" => "weather",
		"1" => "water",
		"2" => "voice",
		"3" => "electric",
		"4" => "air"
	];

(2). 根据返回数组的过滤出有用的索引，并匹配设备数据标识。

实际的数据块索引 = (返回数组的索引-1)/2

前提处于2的不能有余数，所以只需要对结果做判断，完整代码如下。

<?php
/**
* author: bqs
* desc: 请求modbus地址
* 公众号： ZERO开发
*/

require_once 'vendor/adduc/phpmodbus/Phpmodbus/ModbusMaster.php';

	// Modbus master UDP
	$modbus = new ModbusMaster("127.0.0.1", "TCP");
	
	// Read multiple registers
	try {
		$recData = $modbus->readMultipleRegisters(1, 0, 5);
	}
	catch (Exception $e) {
		// Print error information if any
		echo $modbus;
		echo $e;
		exit;
	}
	
	// 数据库设备的数据描述
	$devicesDataBlock = [
		"0" => "weather",
		"1" => "water",
		"2" => "voice",
		"3" => "electric",
		"4" => "air"
	];
	
	$realData = [];
	
	foreach($recData as $key => $value) {
		$indexs = ($key-1)/2;
		if (($key-1)%2 == 0) {
			$realData[$devicesDataBlock[$indexs]] = $value;
		}
	}
	
	var_dump($realData);die;
	
	// Print data in string format
	echo PhpType::bytes2string($recData);
	
	// 00050000000601030000000A


?>

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PHP代码演示：

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