**導(dǎo)語:**ModBus網(wǎng)絡(luò)是一個工業(yè)通信系統(tǒng),由帶智能終端的可編程序控制器和計算機(jī)通過公用線路或局部專用線路連接而成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既包括硬件、亦包括軟件。它可應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)采集和過程監(jiān)控。
ModBus網(wǎng)絡(luò)只有一個主機(jī),所有通信都由他發(fā)出。網(wǎng)絡(luò)可支持247個之多的遠(yuǎn)程從屬控制器,但實際所支持的從機(jī)數(shù)要由所用通信設(shè)備決定。采用這個系統(tǒng),各PC可以和中心主機(jī)交換信息而不影響各PC執(zhí)行本身的控制任務(wù)。
了解Modbus通訊協(xié)議是怎么回事,在現(xiàn)場就可以用各種第三方的小軟件做通訊測試了。
Modbus協(xié)議包括ASCII、RTU、TCP等,并沒有規(guī)定物理層。此協(xié)議定義了控制器能夠認(rèn)識和使用的消息結(jié)構(gòu),而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。標(biāo)準(zhǔn)的Modicon控制器使用RS232C實現(xiàn)串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU協(xié)議規(guī)定了消息、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、命令和就答的方式,數(shù)據(jù)通訊采用Maser/Slave方式,Master端發(fā)出數(shù)據(jù)請求消息,Slave端接收到正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到Master端以響應(yīng)請求;Master端也可以直接發(fā)消息修改Slave端的數(shù)據(jù),實現(xiàn)雙向讀寫。
Modbus協(xié)議需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗,串行協(xié)議中除有奇偶校驗外,ASCII模式采用LRC校驗,RTU模式采用16位CRC校驗,但TCP模式?jīng)]有額外規(guī)定校驗,因為TCP協(xié)議是一個面向連接的可靠協(xié)議。另外,Modbus采用主從方式定時收發(fā)數(shù)據(jù),在實際使用中如果某Slave站點斷開后(如故障或關(guān)機(jī)),Master端可以診斷出來,而當(dāng)故障修復(fù)后,網(wǎng)絡(luò)又可自動接通。因此,Modbus協(xié)議的可靠性較好。
對于Modbus的ASCII、RTU和TCP協(xié)議來說,其中TCP和RTU協(xié)議非常類似,我們只要把RTU協(xié)議的兩個字節(jié)的校驗碼去掉,然后在RTU協(xié)議的開始加上5個0和一個6并通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)送出去即可。
1
通訊傳送方式:
通訊傳送分為獨(dú)立的信息頭,和發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)。以下的通訊傳送方式定義也與ModBusRTU通訊規(guī)約相兼容:
初始結(jié)構(gòu) = ≥4字節(jié)的時間
地址碼 = 1 字節(jié)
功能碼 = 1 字節(jié)
數(shù)據(jù)區(qū) = N 字節(jié)
錯誤校檢 = 16位CRC碼
結(jié)束結(jié)構(gòu) = ≥4字節(jié)的時間
**地址碼:**地址碼為通訊傳送的第一個字節(jié)。這個字節(jié)表明由用戶設(shè)定地址碼的從機(jī)將接收由主機(jī)發(fā)送來的信息。并且每個從機(jī)都有具有唯一的地址碼,并且響應(yīng)回送均以各自的地址碼開始。主機(jī)發(fā)送的地址碼表明將發(fā)送到的從機(jī)地址,而從機(jī)發(fā)送的地址碼表明回送的從機(jī)地址。
**功能碼:**通訊傳送的第二個字節(jié)。ModBus通訊規(guī)約定義功能號為1到127。本儀表只利用其中的一部分功能碼。作為主機(jī)請求發(fā)送,通過功能碼告訴從機(jī)執(zhí)行什么動作。作為從機(jī)響應(yīng),從機(jī)發(fā)送的功能碼與從主機(jī)發(fā)送來的功能碼一樣,并表明從機(jī)已響應(yīng)主機(jī)進(jìn)行操作。如果從機(jī)發(fā)送的功能碼的最高位為1(比如功能碼大與此同時127),則表明從機(jī)沒有響應(yīng)操作或發(fā)送出錯。
**數(shù)據(jù)區(qū):**數(shù)據(jù)區(qū)是根據(jù)不同的功能碼而不同。數(shù)據(jù)區(qū)可以是實際數(shù)值、設(shè)置點、主機(jī)發(fā)送給從機(jī)或從機(jī)發(fā)送給主機(jī)的地址。
**CRC碼:**二字節(jié)的錯誤檢測碼。
2
通訊規(guī)約:
當(dāng)通訊命令發(fā)送至儀器時,符合相應(yīng)地址碼的設(shè)備接通訊命令,并除去地址碼,讀取信息,如果沒有出錯,則執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù);然后把執(zhí)行結(jié)果返送給發(fā)送者。返送的信息中包括地址碼、執(zhí)行動作的功能碼、執(zhí)行動作后結(jié)果的數(shù)據(jù)以及錯誤校驗碼。如果出錯就不發(fā)送任何信息。
1.信息幀結(jié)構(gòu)
地址碼 功能碼 數(shù)據(jù)區(qū) 錯誤校驗碼
8位 8位 N × 8位 16位
地址碼: 地址碼是信息幀的第一字節(jié)(8位),從0到255。這個字節(jié)表明由用戶設(shè)置地址的從機(jī)將接收由主機(jī)發(fā)送來的信息。每個從機(jī)都必須有唯一的地址碼,并且只有符合地址碼的從機(jī)才能響應(yīng)回送。當(dāng)從機(jī)回送信息時,相當(dāng)?shù)牡刂反a表明該信息來自于何處。
功能碼: 主機(jī)發(fā)送的功能碼告訴從機(jī)執(zhí)行什么任務(wù)。表1-1列出的功能碼都有具體的含義及操作。
數(shù)據(jù)區(qū): 數(shù)據(jù)區(qū)包含需要從機(jī)執(zhí)行什么動作或由從機(jī)采集的返送信息。這些信息可以是數(shù)值、參考地址等等。例如,功能碼告訴從機(jī)讀取寄存器的值,則數(shù)據(jù)區(qū)必需包含要讀取寄存器的起始地址及讀取長度。對于不同的從機(jī),地址和數(shù)據(jù)信息都不相同。
錯誤校驗碼: 主機(jī)或從機(jī)可用校驗碼進(jìn)行判別接收信息是否出錯。有時,由于電子噪聲或其它一些干擾,信息在傳輸過程中會發(fā)生細(xì)微的變化,錯誤校驗碼保證了主機(jī)或從機(jī)對在傳送過程中出錯的信息不起作用。這樣增加了系統(tǒng)的安全和效率。錯誤校驗采用CRC-16校驗方法。
注:信息幀的格式都基本相同:地址碼、功能碼、數(shù)據(jù)區(qū)和錯誤校驗碼。
2.錯誤校驗
冗余循環(huán)碼(CRC)包含2個字節(jié),即16位二進(jìn)制。CRC碼由發(fā)送設(shè)備計算,放置于發(fā)送信息的尾部。接收信息的設(shè)備再重新計算接收到信息的 CRC碼,比較計算得到的CRC碼是否與接收到的相符,如果兩者不相符,則表明出錯。
3
Modbus支持的功能碼:
功能碼 | 名稱 | 作用 |
---|---|---|
1 | 讀取線圈狀態(tài) | 取得一組邏輯線圈的當(dāng)前狀態(tài)(ON/OFF) |
2 | 讀取輸入狀態(tài) | 取得一組開關(guān)輸入的當(dāng)前狀態(tài)(ON/OFF) |
3 | 讀取保持寄存器 | 在一個或多個保持寄存器中取得當(dāng)前的二進(jìn)制值 |
4 | 讀取輸入寄存器 | 在一個或多個輸入寄存器中取得當(dāng)前的二進(jìn)制值 |
5 | 強(qiáng)置單線圈 | 強(qiáng)置一個邏輯線圈的通斷狀態(tài) |
6 | 預(yù)置單寄存器 | 把具體二進(jìn)值裝入一個保持寄存器 |
7 | 讀取異常狀態(tài) | 取得8個內(nèi)部線圈的通斷狀態(tài),這8個線圈的地址由控制器決定 |
8 | 回送診斷校驗 | 把診斷校驗報文送從機(jī),以對通信處理進(jìn)行評鑒 |
9 | 編程(只用于484) | 使主機(jī)模擬編程器作用,修改PC從機(jī)邏輯 |
10 | 控詢(只用于484) | 可使主機(jī)與一臺正在執(zhí)行長程序任務(wù)從機(jī)通信,探詢該從機(jī)是否已完成其操作任務(wù),僅在含有功能碼9的報文發(fā)送后,本功能碼才發(fā)送 |
11 | 讀取事件計數(shù) | 可使主機(jī)發(fā)出單詢問,并隨即判定操作是否成功,尤其是該命令或其他應(yīng)答產(chǎn)生通信錯誤時 |
12 | 讀取通信事件記錄 | 可是主機(jī)檢索每臺從機(jī)的ModBus事務(wù)處理通信事件記錄。如果某項事務(wù)處理完成,記錄會給出有關(guān)錯誤 |
13 | 編程(184/384 484 584) | 可使主機(jī)模擬編程器功能修改PC從機(jī)邏輯 |
14 | 探詢(184/384 484 584) | 可使主機(jī)與正在執(zhí)行任務(wù)的從機(jī)通信,定期控詢該從機(jī)是否已完成其程序操作,僅在含有功能13的報文發(fā)送后,本功能碼才得發(fā)送 |
15 | 強(qiáng)置多線圈 | 強(qiáng)置一串連續(xù)邏輯線圈的通斷 |
16 | 預(yù)置多寄存器 | 把具體的二進(jìn)制值裝入一串連續(xù)的保持寄存器 |
17 | 報告從機(jī)標(biāo)識 | 可使主機(jī)判斷編址從機(jī)的類型及該從機(jī)運(yùn)行指示燈的狀態(tài) |
18 | (884和MICRO 84) | 可使主機(jī)模擬編程功能,修改PC狀態(tài)邏輯 |
19 | 重置通信鏈路 | 發(fā)生非可修改錯誤后,是從機(jī)復(fù)位于已知狀態(tài),可重置順序字節(jié) |
20 | 讀取通用參數(shù)(584L) | 顯示擴(kuò)展存儲器文件中的數(shù)據(jù)信息 |
21 | 寫入通用參數(shù)(584L) | 把通用參數(shù)寫入擴(kuò)展存儲文件,或修改之 |
22~64 | 保留作擴(kuò)展功能備用 | |
65~72 | 保留以備用戶功能所用 | 留作用戶功能的擴(kuò)展編碼 |
73~119 | 非法功能 | |
120~127 | 保留 | 留作內(nèi)部作用 |
128~255 | 保留 | 用于異常應(yīng)答 |
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