港口船岸連接通信協議相關標準仿真驗證研究

中圖分類號：U665.26 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）21-0101-05

Abstract：Thisresearch focusesonthesimulationverificationof portship-shoreconnectioncommunicationprotocolsandIP addressesduring thestandardformulationprocessThecommunicationprotocolbetweentheshoresideandtheshipsideis verifiedtroughsimulation，adedicatedIPaddressandportnumberareset，andModussimulationsoftwareisusedtoreadand displaytheadressdataofbothparties.TheverifcationresultsshowthattheModbusTCP/IPprotocolisreasonableandfeasible forship-to-shorecomunication，providingsimulationverificationmethodsandexperienceforsubsequentformulationofshipand offshore equipment standards.

Keywords： ship-shore connection; communication protocol; simulation;data exchange; standard test verification

在船舶行業發展進程中，通信協議標準化對港口船岸連接的高效性與穩定性至關重要。國家標準GB/T38329.2—2021《港口船岸連接第2部分：高壓和低壓岸電連接系統監測和控制的數據傳輸》由中國船舶重工集團公司第七四研究所聯合多單位共同起草并于2021年12月正式實施。在標準起草期間，相關單位已采用調研分析和仿真驗證的方法，對標準中“4.4協議和IP地址\"章節內容進行了試驗驗證。國家標準化管理委員會積極推動國家標準驗證點建設，鼓勵各單位參與標準試驗驗證工作，這一舉措對提升標準質量意義重大。作者前期參與船舶行業制造標準試驗驗證平臺項目，積累了船舶及海洋工程裝備相關設備標準試驗驗證的經驗，為本研究奠定了堅實基礎。

1驗證內容

本研究重點針對GB/T38329.2—2021標準的4.4章節，該章節規定港口船岸連接通信采用ModbusTCP/IP協議，并對通信過程中的寄存器數據包請求、數據塊配置、IP地址和端口號等內容做出明確要求。通過產品調研及仿真分析，對該部分內容的合理性開展驗證。

具體而言，需通過125個寄存器的單個Modbus數據包請求，在岸側和船側快速完成每個通信模塊周期，且數據包內容必須符合標準第5章和第6章的規定。岸側和船側均需設置專門的數據塊，從絕對寄存器地址0開始，長度為125個寄存器，其配置要遵循標準相關章節及附錄要求。同時，岸側和船側需配備固定的IP地址和端口號用于通信，為避免IP地址沖突，通信應在專用網絡中進行。具體IP地址和端口號設置見表1。

2 調研分析

2.1 調研產品

選取低壓岸電連接系統的岸側工控機與船側工控機各1臺作為調研對象，這2臺工控機均具備提供Modbus TCP/IP服務的能力。

2.2實體場景運行流程

首先，將岸側工控機的IP地址設置為192.168.68.103，船側工控機的IP地址設置為192.168.68.102。其次，船側工控機在502端口提供ModbusTCP/IP服務，以便岸側工控機通過ModbusTCP/IP協議讀取船側502端口0—125位置的數據；同樣，岸側工控機在502端口提供ModbusTCP/IP服務，供船側工控機讀取岸側502端口0—125位置的數據。

2.3實體場景與仿真環境之間的結構及映射關系

在仿真環境中，2臺計算機分別模擬岸側和船側工控機。其中一臺計算機模擬岸側工控機，設置IP地址為192.168.68.103；另一臺模擬船側工控機，設置IP地址為192.168.68.102。在這2臺計算機上分別運行Modbus仿真軟件，該軟件對應實體場景中提供Mod-busTCP服務的硬件設備，在502端口提供ModbusTCP/IP服務，以此實現對實體場景的模擬。

2.4實體的物理參數、狀態變量、設備的運行參數

岸側工控機的關鍵運行參數為IP地址192.168.68.103，且在502端口提供ModbusTCP/IP服務；船側工控機的關鍵運行參數為IP地址192.168.68.102，同樣在502端口提供ModbusTCP/IP服務。這些參數是保證實體與仿真環境一致性的重要基礎。

3 設計驗證場景

3.1 驗證場景分析

為了準確驗證GB/T38329.2—2021標準第4.4節內容的正確性，需要依據該標準條款規定的協議和IP地址，模擬岸側工控機和船側工控機之間的通信過程。利用2臺計算機，一臺模擬岸側工控機并設置IP地址為192.168.68.103，另一臺模擬船側工控機并設置IP地址為192.168.68.102，在2臺計算機上分別運行Modbus仿真軟件，通過該軟件在502端口提供Mod-busTCP/IP服務，從而實現對通信過程的模擬驗證。

3.2建設驗證場景所需的硬件與軟件

硬件方面，準備2臺計算機即可滿足模擬需求。

軟件方面，選用EasyModbusTCP軟件作為Mod-busTCP/IP服務仿真器，同時使用自主開發的海工產品標準仿真試驗驗證平臺，在該仿真軟件平臺建立的模型包括一些設備的控制模型、通信設備的通信模型、電力管理系統模型等3]。使用這些模型可以實現的船舶及海洋平臺相關標準的仿真測試驗證，其架構如圖1所示。

圖1仿真試驗驗證平臺架構

4標準驗證內容及結論

TCP/IP協議已成為信息行業的事實標準，世界上93% 的網絡都使用TCP/IP協議（在網絡層使用IP協議，在傳輸層使用TCP協議），在船載設備方面也通過基于TCP/IP協議來配置數據集中，并且前期已有船舶岸基供電信息監控系統中的TCP/IP通信協議應用研究。在應用層使用Modbus協議，就構成了完整的工業以太網。ModbusTCP/IP協議具有以下優點： ① 傳輸距離遠、傳輸速度快、連接穩定。 ② 在不同的操作系統上完美運行。 ③ 具有可擴展的客戶端-服務器架構。④ 標準開發，用戶可以免費使用ModbusTCP/IP協議，而不用繳納許可費用。 ⑤ ModbusTCP/IP協議的幀格式較為簡單、緊湊、規范。

所以ModbusTCP/IP協議具有諸多優點，采用ModbusTCP/IP協議作為岸側和船舶之間的通信協議是合理的。

4.1數據交換模型

岸側與船側的數據交換模型如圖2所示，岸側可讀取船側0一125地址數據并顯示，船側也能讀取岸側相應地址的數據。這種數據交換方式能夠確保船岸數據在網絡環境下不受干擾，保證數據傳輸的穩定性和可靠性，為船岸之間的有效連接提供保障。

4.2 驗證過程與結果

為了驗證根據標準條款進行Modbus協議通信的合理性，需要實現在船側上運行ModbusTCP/IP仿真服務器，在岸側計算機讀取船側計算機上的數據，并同時實現在岸側計算機上運行ModbusTCP/IP仿真服務器，在船側計算機讀取岸側計算機上的數據。臺式計算機模擬岸側計算機，設置其IP地址為192.168.68.103，工作站筆記本電腦模擬船側計算機，設置其IP地址為192.168.68.102，2臺計算機均連接到路由器上。

驗證步驟如下：

1）打開臺式計算機，稱其為岸側計算機，設置其IP地址為192.168.68.103。

2）打開工作站筆記本電腦，稱其為船側計算機，設置其IP地址為192.168.68.102。

3）在船側計算機（192.168.68.102），運行 Easy-ModbusTCP服務器仿真軟件，如圖3所示。在EasyModbu TCP服務器的主界面上，可以在HoldingRegister列表框中，設置Modbus的讀保持寄存器0—125位置的數據。

設置在502端口提供ModbusTCP/IP服務，如圖4所示。設置完成后，點擊右側確定按鈕，否則點擊左側的取消按鈕。

4）在岸側計算機（192.168.68.103），打開仿真平臺軟件，點擊“工具” ^? “選擇標準\"菜單，彈出切換驗證標準對話框，如圖5所示。選擇第一個標準GB/T38329.2—2021，然后點擊確定按鈕，此時主界面的標準驗證切換到驗證GB/T38329.2—2021。

在主界面上，點擊“連接\"按鈕，平臺軟件在提示框中輸出下面的內容：

\"[2021-12-1716：33：11.327]-連接到，主機：192.168.68.102，端口：502，設備號：1，成功”，則說明連接成功。

之后，岸側仿真平臺軟件使用Modbus功能代碼0x03 讀取船側計算機0—125位置的數據，并將讀取到的數據顯示列表框中，讀取到的數據與船側計算機ModbusTCP/IP服務器的數據一致，說明讀取成功。

5）同時測試船側計算機（192.168.68.102）讀取岸側計算機（192.168.68.103）上的數據，其使用的方法與上面的描述相同。在岸側計算機，利用EasyMod-busTCP仿真軟件，設置在502端口提供ModbusTCP/IP仿真服務，并設置0—125位置的數據，如圖6所示。

然后在船側計算機，運行平臺軟件，如圖7所示，點擊“連接”命令，使用Modbus功能代碼0x03讀取岸側計算機0一125位置的數據，列表框將讀取到的數據顯示出來，列表框中顯示的數據與岸側計算機ModbusTCP/IP服務器的數據一致，說明讀取成功。

當點擊“斷開\"命令后，提示框中輸出以下內容：

\"[2021-12-2010：45：12.622]-斷開連接，主機：192.168.68.103，端口：502，設備號：1”，則表示仿真平臺軟件與ModbusTCP/IP仿真服務器的連接斷開。

4.3 驗證情況

使用ModbusTCP/IP協議仿真岸側和船舶之間的通信，岸側計算機設置IP地址為192.168.68.103，船側計算機設置其IP地址為192.168.68.102。船側計算機在502端口提供ModbusTCP/IP服務，岸側計算機可以通過ModbusTCP/IP協議連接船側計算機502端口，并使用Modbus功能代碼 0x03 讀取船側計算機Modbus

TCP/IP服務器的寄存器0—125位置的數據。同時，岸側計算機在502端口提供ModbusTCP/IP服務，船側計算機可以通過ModbusTCP/IP連接岸側計算機502端口，并使用Modbus功能代碼 0x03 讀取岸側計算機ModbusTCP/IP服務器的寄存器0—125位置的數據。以上內容與GB/T38329.2—2021第4.4節制定的內容完全吻合的，充分證明了該標準條款的合理性和可行性。

5結束語

ModbusTCP/IP協議應用于港口船岸連接通信具有諸多優勢，它能夠統一岸側和船側設備之間的傳輸方式，實現標準化通信，有效提高通信開發效率，降低網絡異構帶來的復雜問題。岸側和船側采用固定的IP地址和端口號進行通信，有利于推動船舶通信標準化進程，對岸電系統的同步推廣、安全保障及質量管理起到積極的促進作用。

本研究通過仿真驗證，成功實現了標準規定的岸側和船側之間的相互通信，驗證了GB/T38329.2—2021標準第4.4節內容的合理性。這一研究成果為后續制定船舶及海工裝備相關標準提供了可靠的仿真驗證方法，有助于提高標準制定的質量，推動船舶行業的標準化發展。在未來的研究中，可以進一步拓展仿真驗證的范圍和深度，探索更多復雜場景下的通信協議應用，為船舶行業的發展提供更有力的技術支持。

參考文獻：

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