Modbus通信協(xié)議詳解

Modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。通過(guò)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)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)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。

在Modbus網(wǎng)絡(luò)上傳輸

標(biāo)準(zhǔn)的Modbus口是使用RS-232C兼容串行接口，它定義了連接口的針腳、電纜、信號(hào)位、傳輸波特率、奇偶校驗(yàn)?？刂破髂苤苯踊蚪?jīng)由Modem組網(wǎng)。

控制器通信使用主—從技術(shù)，即僅一設(shè)備（主設(shè)備）能初始化傳輸（查詢）。其它設(shè)備（從設(shè)備）根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)。典型的主設(shè)備：主機(jī)和可編程儀表。典型的從設(shè)備：可編程控制器。

主設(shè)備可單獨(dú)和從設(shè)備通信，也能以廣播方式和所有從設(shè)備通信。如果單獨(dú)通信，從設(shè)備返回一消息作為回應(yīng)，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應(yīng)。Modbus協(xié)議建立了主設(shè)備查詢的格式：設(shè)備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、一錯(cuò)誤檢測(cè)域。

從設(shè)備回應(yīng)消息也由Modbus協(xié)議構(gòu)成，包括確認(rèn)要行動(dòng)的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和一錯(cuò)誤檢測(cè)域。如果在消息接收過(guò)程中發(fā)生一錯(cuò)誤，或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令，從設(shè)備將建立一錯(cuò)誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去。

在其它類型網(wǎng)絡(luò)上傳輸

在其它網(wǎng)絡(luò)上，控制器使用對(duì)等技術(shù)通信，故任何控制都能初始和其它控制器的通信。這樣在單獨(dú)的通信過(guò)程中，控制器既可作為主設(shè)備也可作為從設(shè)備。提供的多個(gè)內(nèi)部通道可允許同時(shí)發(fā)生的傳輸進(jìn)程。

在消息位，Modbus協(xié)議仍提供了主—從原則，盡管網(wǎng)絡(luò)通信方法是“對(duì)等”。如果一控制器發(fā)送一消息，它只是作為主設(shè)備，并期望從從設(shè)備得到回應(yīng)。同樣，當(dāng)控制器接收到一消息，它將建立一從設(shè)備回應(yīng)格式并返回給發(fā)送的控制器。

查詢——回應(yīng)周期

（1）查詢

查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設(shè)備要執(zhí)行何種功能。數(shù)據(jù)段包含了從設(shè)備要執(zhí)行功能的任何附加信息。例如功能代碼03是要求從設(shè)備讀保持寄存器并返回它們的內(nèi)容。數(shù)據(jù)段必須包含要告之從設(shè)備的信息：從何寄存器開(kāi)始讀及要讀的寄存器數(shù)量。錯(cuò)誤檢測(cè)域?yàn)閺脑O(shè)備提供了一種驗(yàn)證消息內(nèi)容是否正確的方法。

（2）回應(yīng)

如果從設(shè)備產(chǎn)生一正常的回應(yīng)，在回應(yīng)消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能代碼的回應(yīng)。數(shù)據(jù)段包括了從設(shè)備收集的數(shù)據(jù)：象寄存器值或狀態(tài)。如果有錯(cuò)誤發(fā)生，功能代碼將被修改以用于指出回應(yīng)消息是錯(cuò)誤的，同時(shí)數(shù)據(jù)段包含了描述此錯(cuò)誤信息的代碼。錯(cuò)誤檢測(cè)域允許主設(shè)備確認(rèn)消息內(nèi)容是否可用。

兩種傳輸方式

控制器能設(shè)置為兩種傳輸模式（ASCII或RTU）中的任何一種在標(biāo)準(zhǔn)的Modbus網(wǎng)絡(luò)通信。用戶選擇想要的模式，包括串口通信參數(shù)（波特率、校驗(yàn)方式等），在配置每個(gè)控制器的時(shí)候，在一個(gè)Modbus網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)。

所選的ASCII或RTU方式僅適用于標(biāo)準(zhǔn)的Modbus網(wǎng)絡(luò)，它定義了在這些網(wǎng)絡(luò)上連續(xù)傳輸?shù)南⒍蔚拿恳晃?，以及決定怎樣將信息打包成消息域和如何解碼。

在其它網(wǎng)絡(luò)上（象MAP和Modbus Plus）Modbus消息被轉(zhuǎn)成與串行傳輸無(wú)關(guān)的幀。

（1）ASCII模式

當(dāng)控制器設(shè)為在Modbus網(wǎng)絡(luò)上以ASCII（美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼）模式通信，在消息中的每個(gè)8Bit字節(jié)都作為兩個(gè)ASCII字符發(fā)送。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是字符發(fā)送的時(shí)間間隔可達(dá)到1秒而不產(chǎn)生錯(cuò)誤。

代碼系統(tǒng)：

十六進(jìn)制，ASCII字符0...9，A...F

消息中的每個(gè)ASCII字符都是一個(gè)十六進(jìn)制字符組成

每個(gè)字節(jié)的位：

1個(gè)起始位

7個(gè)數(shù)據(jù)位，最小的有效位先發(fā)送

1個(gè)奇偶校驗(yàn)位，無(wú)校驗(yàn)則無(wú)

1個(gè)停止位(有校驗(yàn)時(shí)),2個(gè)Bit(無(wú)校驗(yàn)時(shí))

錯(cuò)誤檢測(cè)域

LRC(縱向冗長(zhǎng)檢測(cè))

（2）RTU模式

當(dāng)控制器設(shè)為在Modbus網(wǎng)絡(luò)上以RTU（遠(yuǎn)程終端單元）模式通信，在消息中的每個(gè)8Bit字節(jié)包含兩個(gè)4Bit的十六進(jìn)制字符。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：在同樣的波特率下，可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù)。

代碼系統(tǒng)：

8位二進(jìn)制，十六進(jìn)制數(shù)0...9，A...F

消息中的每個(gè)8位域都是一個(gè)兩個(gè)十六進(jìn)制字符組成

每個(gè)字節(jié)的位

1個(gè)起始位

8個(gè)數(shù)據(jù)位，最小的有效位先發(fā)送

1個(gè)奇偶校驗(yàn)位，無(wú)校驗(yàn)則無(wú)

1個(gè)停止位(有校驗(yàn)時(shí)),2個(gè)Bit(無(wú)校驗(yàn)時(shí))

錯(cuò)誤檢測(cè)域

CRC(循環(huán)冗長(zhǎng)檢測(cè))

無(wú)線Modbus的實(shí)現(xiàn)

遵從Modbus通訊協(xié)議，可以通過(guò)對(duì)接無(wú)線終端和需要無(wú)線功能的設(shè)備Rs485/Rs232接口變?yōu)闊o(wú)線Modbus通訊。也就是說(shuō)，在有線Modbus網(wǎng)絡(luò)通訊無(wú)誤的情況下，只需要與兼容Modbus通訊協(xié)議的無(wú)線模塊（DTD433M/DTD434M/DTD435M/DTD418M/DTD419M）對(duì)接硬件接口參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備的無(wú)線Modbus網(wǎng)絡(luò)通訊。

下圖是使用DTD434MC實(shí)現(xiàn)威綸觸摸屏作為主站，與多個(gè)S7-1200plc進(jìn)行無(wú)線Modbus通訊的案例。

下圖是使用DTD419MB實(shí)現(xiàn)2個(gè)組態(tài)王作為主站，與1個(gè)FX5Uplc進(jìn)行無(wú)線ModbusTCP/IP以太網(wǎng)通訊的案例。

審核編輯 黃宇