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作者簡介：曾慧（1985- ），女，新疆昌吉人，畢業(yè)于上海同濟(jì)大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)，從事于硬件設(shè)備與世紀(jì)星組態(tài)軟件通信的驅(qū)動開發(fā)工作。
摘 要：作為工業(yè)控制領(lǐng)域常用的通信協(xié)議——Modbus，有方便易用，性價(jià)比高，傳輸高速、高效等優(yōu)點(diǎn)。Modbus技術(shù)以其先進(jìn)性、開放性、成熟性廣泛適用于各種工廠自動化領(lǐng)域中，已被眾多廠家接受和采用。本文簡要介紹了Modbus協(xié)議在世紀(jì)星中的應(yīng)用，以及它的基本內(nèi)容。
關(guān)鍵詞：Modbus；組態(tài)軟件
1 引言
隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，MODBUS成為了工業(yè)控制系統(tǒng)中的一種通用協(xié)議。由于該協(xié)議的簡單且通用，得到了眾多儀表廠商的支持，成為儀表及智能終端的一項(xiàng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以進(jìn)行通信。它的開放性、可擴(kuò)充性和標(biāo)準(zhǔn)化使不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以簡單可靠地連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行系統(tǒng)的集中監(jiān)控，從而成為最流行的協(xié)議之一。同樣，世紀(jì)星組態(tài)軟件也提供了支持上位機(jī)和下位設(shè)備進(jìn)行MODBUS通信的驅(qū)動程序，使用戶可以方便使用裝有世紀(jì)星軟件的上位機(jī)和下位的設(shè)備進(jìn)行通信。
2 MODBUS通信協(xié)議
MODBUS協(xié)議是莫迪康公司1978年發(fā)明的一種用于電子控制器進(jìn)行控制和通信的協(xié)議。此協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS232、RS422、RS485標(biāo)準(zhǔn)和以太網(wǎng)設(shè)備。不同廠商生產(chǎn)的符合MODBUS協(xié)議的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。MODBUS協(xié)議采用主從(master-slave)技術(shù)，是一種問答方式的通信協(xié)議。每次通信均由主機(jī)發(fā)出數(shù)據(jù)請求信息，從機(jī)接收到正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到主機(jī)以響應(yīng)請求；主機(jī)也可以直接發(fā)信息修改從機(jī)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙向讀寫。
MODBUS協(xié)議支持兩種數(shù)據(jù)傳送模式，即ASCII碼和MODBUS-RTU。
(1) MODBUS-RTU
表1 主機(jī)詢問數(shù)據(jù)幀報(bào)文
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從機(jī)地址 功能碼 數(shù)據(jù)起始地址 數(shù)據(jù)量 冗余校驗(yàn) |
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Slave Func Start Start Num Num CRC CRC
Add Code Add H Add L H L -16H -16L |
表2 從機(jī)回答數(shù)據(jù)幀報(bào)文
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從機(jī)地址 功能碼 字節(jié)量 數(shù)據(jù) 冗余校驗(yàn) |
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Slave Func Byte Data …Data CRC CRC
Add Code Count Byte1 Byte n -16H -16L |
(2) ASCII碼
表3 主機(jī)詢問數(shù)據(jù)幀報(bào)文
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起始符 從機(jī)地址 功能碼 數(shù)據(jù)起始地址 數(shù)據(jù)量 冗余校驗(yàn) 結(jié)束符 |
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start Slave Func Start Start Num Num LRC LRC Stop
character Add Code Add H Add L H L -16H -16L character |
表4 從機(jī)回答數(shù)據(jù)幀報(bào)文
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起始符 從機(jī)地址 功能碼 字節(jié)量 數(shù)據(jù) 冗余校驗(yàn) 結(jié)束符 |
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start Slave Func Byte Data …Data LRC LRC Stop
character Add Code Count Byte1 Byte n -16H -16L character |
3 MODBUS在世紀(jì)星中的應(yīng)用
在世紀(jì)星中，除了支持MODBUS-RTU和ASCII碼兩種數(shù)據(jù)傳送模式外，還支持MODBUS TCP/IP 傳送方式。事實(shí)上，MODBUS TCP/IP的命令格式和MODBUS-RUT是很相似的，MODBUS TCP/IP只是缺少兩個(gè)字節(jié)的CRC校驗(yàn)。在MODBUS協(xié)議中，是根據(jù)不同的功能碼來完成不同的讀寫功能的，世紀(jì)星中支持的功能碼及其功能如表5所示。
表5 世紀(jì)星所支持的功能碼
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功能碼 寄存器名 功能 |
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01H 0x 讀取線圈狀態(tài)
02H 1x 讀取輸入狀態(tài)
03H 4x 讀取一個(gè)或多個(gè)保持寄存器
04H 3x 讀取一個(gè)或多個(gè)輸入寄存器
05H 0x 強(qiáng)置一個(gè)邏輯線圈的通斷狀態(tài)
06H 4x 預(yù)置一個(gè)寄存器（數(shù)據(jù)類型為UINT/INT/BCD）
10H 4x 預(yù)置兩個(gè)寄存器（數(shù)據(jù)類型為LONG/FLOAT） |
在硬件設(shè)備中，數(shù)據(jù)存儲在寄存器內(nèi)，每個(gè)存儲數(shù)據(jù)的寄存器對應(yīng)一個(gè)寄存器地址，上位機(jī)就是根據(jù)這些地址組織命令去讀寫寄存器里的數(shù)據(jù)。一個(gè)兩個(gè)字節(jié)的整型數(shù)據(jù)存儲在一個(gè)寄存器地址中，一個(gè)四字節(jié)的整型或浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)則要存儲在連續(xù)的兩個(gè)寄存器地址中，通常都是高地址存放數(shù)據(jù)的高字，低地址存放數(shù)據(jù)的低字。
由于很多用MODBUS協(xié)議的儀表廠家都在以自己的方式來說明儀表上的參數(shù)以及它對應(yīng)的寄存器地址，所以一部分廠家是以十六進(jìn)制來標(biāo)記寄存器地址，而另一部分廠家用十進(jìn)制。為了使用戶在工程里建立變量時(shí)方便的和儀表上的寄存器連接，世紀(jì)星分別在MODBUS-RTU和ASCII碼兩種通信方式下，支持十六進(jìn)制通道號和十進(jìn)制通道號兩種變量連接方式，因此，就免去了用戶做很多的十六進(jìn)制和十進(jìn)制之間轉(zhuǎn)換的工作。
在設(shè)備的說明書中，一般會指定寄存器地址，數(shù)據(jù)類型，該地址的寄存器支持的功能碼等要素，以MODBUS-RTU 十六進(jìn)制的驅(qū)動為例，如果寄存器地址為0005H，數(shù)據(jù)類型為兩個(gè)字節(jié)的整形，支持03H功能碼讀數(shù)據(jù)，則對應(yīng)到世紀(jì)星軟件中需要連接的變量為4x0005，變量類型為I/O整數(shù)，數(shù)據(jù)類型可以分為有符號的INT或無符號的UINT 或者BCD碼，在進(jìn)行通信時(shí)，世紀(jì)星發(fā)送的以及設(shè)備返回的命令如下表所示。
主機(jī)發(fā)送：
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從機(jī)地址 功能碼 數(shù)據(jù)起始地址 數(shù)據(jù)量 冗余校驗(yàn) |
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01 03 00 05 00 01 94 0B |
從機(jī)返回：
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從機(jī)地址 功能碼 字節(jié)量 數(shù)據(jù) 冗余校驗(yàn) |
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01 03 02 00 1A 39 8F |
由設(shè)備返回的命令，可以知道設(shè)備返回了兩個(gè)字節(jié)的有效數(shù)據(jù)(00 1A)，則寄存器地址為0005H里的數(shù)據(jù)為001AH=26。
如果寄存器地址為0009H，數(shù)據(jù)類型為兩個(gè)字節(jié)的整型，支持06H功能碼寫數(shù)據(jù)，則對應(yīng)到世紀(jì)星軟件中需要連接的變量為4x0009，變量類型為I/O整數(shù)，數(shù)據(jù)類型可以為有符號的INT或無符號的UINT 或者BCD碼，在通信時(shí)，世紀(jì)星發(fā)送的以及設(shè)備返回的命令如下表所示(寫入數(shù)據(jù)258=0102H)：
主機(jī)發(fā)送：
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從機(jī)地址 功能碼 數(shù)據(jù)起始地址 寫入數(shù)據(jù) 冗余校驗(yàn) |
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01 06 00 09 01 02 D9 99 |
從機(jī)返回：
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從機(jī)地址 功能碼 數(shù)據(jù)起始地址 寫入數(shù)據(jù) 冗余校驗(yàn) |
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01 06 00 09 01 02 D9 99 |
經(jīng)過發(fā)送上表中的命令，0102H便成功寫入到寄存器地址為0009H號的寄存器中。
如果寄存器地址為0010H，數(shù)據(jù)類型為四個(gè)字節(jié)的整型或浮點(diǎn)型，支持10H功能碼寫數(shù)據(jù)，則對應(yīng)到世紀(jì)星軟件中需要連接的變量為4x0010，變量類型為I/O實(shí)數(shù)，數(shù)據(jù)類型可以為有整型的LONG或浮點(diǎn)型的FLOAT，在通信時(shí)，世紀(jì)星發(fā)送的以及設(shè)備返回的命令如下表所示(寫入數(shù)據(jù)258=0102H)：
主機(jī)發(fā)送：
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從機(jī)地址 功能碼 起始地址 寄存器個(gè)數(shù) 字節(jié)個(gè)數(shù) 寫入數(shù)據(jù) 冗余校驗(yàn) |
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01 10 00 10 00 02 04 01 02 00 00 DA AC |
從機(jī)返回：
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從機(jī)地址 功能碼 數(shù)據(jù)起始地址 寫入字節(jié)個(gè)數(shù) 冗余校驗(yàn) |
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01 10 00 10 00 04 C0 0f |
經(jīng)過發(fā)送上表中的命令，0102H便成功寫入到寄存器地址為0010H號的寄存器中，0000H成功寫入了寄存器地址為0011H號的寄存器中。
上述內(nèi)容就是在世紀(jì)星中根據(jù)設(shè)備說明書連接保持寄存器的變量連接方式，以及通信的過程，其它的例如輸入寄存器，輸入線圈等都和保持寄存器是類似的，通過特定的功能碼對特定地址的寄存器進(jìn)行讀寫操作，這里就不一一介紹了。
4 小結(jié)
在平時(shí)用戶使用世紀(jì)星和支持MODBUS協(xié)議的儀表進(jìn)行通信的過程中，在多數(shù)情況下，世紀(jì)星都能很正常的和儀表進(jìn)行通信，但現(xiàn)在還是避免不了的一種情況是，有些用戶的儀表支持的并不是標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS協(xié)議。MODBUS是一種通用的協(xié)議，但就細(xì)節(jié)來說，很多廠家還是各有各的用法，這使筆者認(rèn)識到了這里的MODBUS通信還是缺少一些靈活性，而世紀(jì)長秋一定會針對這種情況做一些改進(jìn)工作，力求更多的使用MODBUS協(xié)議的客戶能夠方便使用世紀(jì)長秋的軟件和儀表高效可靠的通信。
——轉(zhuǎn)自《自動化博覽》
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號