DolphinDB Modbus协议接入：PLC数据采集

目录

• • 摘要
  • 一、Modbus协议概述
  • • [1.1 什么是Modbus](#1.1 什么是Modbus)
    • [1.2 Modbus特点](#1.2 Modbus特点)
    • [1.3 Modbus寄存器类型](#1.3 Modbus寄存器类型)
  • [二、DolphinDB Modbus插件](#二、DolphinDB Modbus插件)
  • • [2.1 插件安装](#2.1 插件安装)
    • [2.2 连接配置](#2.2 连接配置)
  • 三、数据读取
  • • [3.1 读取线圈](#3.1 读取线圈)
    • [3.2 读取离散输入](#3.2 读取离散输入)
    • [3.3 读取输入寄存器](#3.3 读取输入寄存器)
    • [3.4 读取保持寄存器](#3.4 读取保持寄存器)
  • 四、数据写入
  • • [4.1 写入线圈](#4.1 写入线圈)
    • [4.2 写入保持寄存器](#4.2 写入保持寄存器)
  • 五、数据解析
  • • [5.1 整数解析](#5.1 整数解析)
    • [5.2 浮点数解析](#5.2 浮点数解析)
    • [5.3 字符串解析](#5.3 字符串解析)
  • 六、轮询采集
  • • [6.1 定时轮询](#6.1 定时轮询)
    • [6.2 多设备轮询](#6.2 多设备轮询)
  • 七、实战案例
  • • [7.1 PLC数据采集系统](#7.1 PLC数据采集系统)
  • 八、总结
  • 参考资料

摘要

本文深入讲解DolphinDB Modbus协议接入技术。从Modbus协议原理到插件配置，从寄存器读取到数据解析，从轮询采集到实时写入，全面介绍Modbus数据采集的核心方法。通过丰富的代码示例，帮助读者掌握PLC数据采集的核心技能。

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一、Modbus协议概述

1.1 什么是Modbus

Modbus是工业领域广泛使用的通信协议：
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主站

DolphinDB
从站1

PLC
从站2

传感器
从站3

仪表
通信方式
Modbus TCP
Modbus RTU

1.2 Modbus特点

特点	说明
简单可靠	协议简单，稳定可靠
广泛应用	工业标准协议
多种传输	TCP/RTU/ASCII
开放免费	无授权费用

1.3 Modbus寄存器类型

类型	地址范围	访问	说明
线圈	00001-09999	读写	开关量输出
离散输入	10001-19999	只读	开关量输入
输入寄存器	30001-39999	只读	模拟量输入
保持寄存器	40001-49999	读写	模拟量输出

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二、DolphinDB Modbus插件

2.1 插件安装

// 检查插件
getLoadedPlugins()

// 加载Modbus插件
loadPlugin("modbus")

// 查看插件函数
modbus::getPluginFunctions()

2.2 连接配置

// Modbus TCP连接
conn = modbus::connectTcp("192.168.1.100", 502)

// Modbus RTU连接（串口）
conn = modbus::connectRtu("/dev/ttyUSB0", 9600, "N", 8, 1)
// 参数：串口、波特率、校验位、数据位、停止位

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三、数据读取

3.1 读取线圈

// 连接Modbus设备
conn = modbus::connectTcp("192.168.1.100", 502)

// 设置从站ID
modbus::setSlaveId(conn, 1)

// 读取单个线圈（地址0）
coil = modbus::readCoil(conn, 0, 1)
print("线圈状态: " + string(coil[0]))

// 读取多个线圈（地址0-9）
coils = modbus::readCoil(conn, 0, 10)
print("线圈状态: " + string(coils))

3.2 读取离散输入

// 读取离散输入（地址10001对应地址0）
inputs = modbus::readDiscreteInput(conn, 0, 8)
print("离散输入: " + string(inputs))

3.3 读取输入寄存器

// 读取单个输入寄存器
value = modbus::readInputRegister(conn, 0, 1)
print("输入寄存器值: " + string(value[0]))

// 读取多个输入寄存器
values = modbus::readInputRegister(conn, 0, 10)
print("输入寄存器值: " + string(values))

3.4 读取保持寄存器

// 读取保持寄存器
values = modbus::readHoldingRegister(conn, 0, 10)
print("保持寄存器值: " + string(values))

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四、数据写入

4.1 写入线圈

// 写入单个线圈
modbus::writeSingleCoil(conn, 0, true)   // 打开
modbus::writeSingleCoil(conn, 0, false)  // 关闭

// 写入多个线圈
modbus::writeMultipleCoils(conn, 0, [true, false, true, false])

4.2 写入保持寄存器

// 写入单个保持寄存器
modbus::writeSingleRegister(conn, 0, 100)

// 写入多个保持寄存器
modbus::writeMultipleRegisters(conn, 0, [100, 200, 300])

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五、数据解析

5.1 整数解析

// 16位整数解析
def parseInt16(values, offset = 0) {
    return values[offset]
}

// 32位整数解析（两个寄存器）
def parseInt32(values, offset = 0) {
    return values[offset] * 65536 + values[offset + 1]
}

// 有符号整数
def parseSignedInt16(values, offset = 0) {
    v = values[offset]
    return iif(v >= 32768, v - 65536, v)
}

5.2 浮点数解析

// 32位浮点数解析（IEEE 754）
def parseFloat32(values, offset = 0) {
    // 需要将两个16位寄存器转换为32位浮点数
    // 使用位操作
    high = values[offset]
    low = values[offset + 1]
    // 转换逻辑
    return float32fromBits(high * 65536 + low)
}

5.3 字符串解析

// 字符串解析
def parseString(values, length) {
    chars = array(CHAR, length)
    for (i in 0..length) {
        chars[i] = char(values[i / 2] >> (8 * (i % 2)))
    }
    return concat(chars)
}

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六、轮询采集

6.1 定时轮询

// 创建流表
share streamTable(100000:0, 
    `device_id`timestamp`temperature`pressure`flow,
    [SYMBOL, TIMESTAMP, DOUBLE, DOUBLE, DOUBLE]) as modbus_stream

// 轮询函数
def pollModbus(conn, slaveId, interval = 1000) {
    modbus::setSlaveId(conn, slaveId)
    
    while (true) {
        try {
            // 读取寄存器
            values = modbus::readInputRegister(conn, 0, 6)
            
            // 解析数据
            temperature = values[0] / 10.0
            pressure = values[1] / 10.0
            flow = values[2] / 10.0
            
            // 写入流表
            insert into modbus_stream 
            values ("device_" + string(slaveId), now(), temperature, pressure, flow)
            
        } catch (ex) {
            print("读取失败: " + ex)
        }
        
        sleep(interval)
    }
}

// 启动轮询
submitJob("modbus_poll", "Modbus轮询", 
    def() { pollModbus(conn, 1, 1000) })

6.2 多设备轮询

// 多设备轮询
def pollMultipleDevices(conn, slaveIds, interval = 1000) {
    while (true) {
        for (slaveId in slaveIds) {
            try {
                modbus::setSlaveId(conn, slaveId)
                values = modbus::readInputRegister(conn, 0, 3)
                
                temperature = values[0] / 10.0
                pressure = values[1] / 10.0
                flow = values[2] / 10.0
                
                insert into modbus_stream 
                values ("device_" + string(slaveId), now(), temperature, pressure, flow)
                
            } catch (ex) {
                print("设备 " + string(slaveId) + " 读取失败")
            }
        }
        sleep(interval)
    }
}

// 启动多设备轮询
submitJob("modbus_multi_poll", "多设备轮询",
    def() { pollMultipleDevices(conn, [1, 2, 3, 4, 5], 1000) })

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七、实战案例

7.1 PLC数据采集系统

// ========== PLC数据采集系统 ==========

// 1. 创建分布式表
db = database("dfs://modbus_db", VALUE, 1..100)
schema = table(1:0, 
    `device_id`timestamp`temperature`pressure`flow_rate`level,
    [SYMBOL, TIMESTAMP, DOUBLE, DOUBLE, DOUBLE, DOUBLE])
db.createPartitionedTable(schema, `plc_data, `device_id)

// 2. 创建流表
share streamTable(100000:0, 
    `device_id`timestamp`temperature`pressure`flow_rate`level,
    [SYMBOL, TIMESTAMP, DOUBLE, DOUBLE, DOUBLE, DOUBLE]) as modbus_stream

// 3. 启用持久化
enableTablePersistence(modbus_stream, true, true, 1000000)

// 4. 订阅流表写入分布式表
subscribeTable(, "modbus_stream", "persist", -1,
    def(msg) {
        loadTable("dfs://modbus_db", "plc_data").append!(msg)
    }, 10000, 5000)

// 5. 连接Modbus设备
conn = modbus::connectTcp("192.168.1.100", 502)

// 6. 启动轮询
submitJob("plc_poll", "PLC轮询",
    def() {
        modbus::setSlaveId(conn, 1)
        while (true) {
            try {
                values = modbus::readInputRegister(conn, 0, 8)
                
                insert into modbus_stream values (
                    "PLC_001",
                    now(),
                    values[0] / 10.0,    // 温度
                    values[1] / 10.0,    // 压力
                    values[2] / 10.0,    // 流量
                    values[3] / 10.0     // 液位
                )
            } catch (ex) {
                print("读取失败: " + ex)
            }
            sleep(1000)
        }
    })

// 7. 监控
def monitorModbus() {
    print("=== Modbus监控 ===")
    print("流表行数: " + string(exec count(*) from modbus_stream))
    print("最新数据: ")
    select top 5 * from modbus_stream
}

monitorModbus()

print("PLC数据采集系统启动完成")

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八、总结

本文详细介绍了DolphinDB Modbus协议接入：

1. Modbus协议：寄存器类型、通信方式
2. 插件配置：TCP连接、RTU连接
3. 数据读取：线圈、离散输入、寄存器
4. 数据写入：线圈写入、寄存器写入
5. 数据解析：整数、浮点数、字符串
6. 轮询采集：定时轮询、多设备轮询

思考题：

1. Modbus TCP和RTU有什么区别？
2. 如何设计高效的Modbus轮询策略？
3. 如何处理Modbus通信异常？

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参考资料

• DolphinDB Modbus插件
• Modbus协议规范

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