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作者簡(jiǎn)介：曾慧（1985- ），女，新疆昌吉人，畢業(yè)于上海同濟大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，從事于硬件設備與世紀星組態(tài)軟件通信的驅動(dòng)開(kāi)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?xún)r(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(kāi)放性、成熟性廣泛適用于各種工廠(chǎng)自動(dòng)化領(lǐng)域中，已被眾多廠(chǎng)家接受和采用。本文簡(jiǎn)要介紹了Modbus協(xié)議在世紀星中的應用，以及它的基本內容。
關(guān)鍵詞：Modbus；組態(tài)軟件
1 引言
隨著(zhù)工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，MODBUS成為了工業(yè)控制系統中的一種通用協(xié)議。由于該協(xié)議的簡(jiǎn)單且通用，得到了眾多儀表廠(chǎng)商的支持，成為儀表及智能終端的一項工業(yè)標準，在工業(yè)監控系統中得到了廣泛的應用。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)）和其它設備之間可以進(jìn)行通信。它的開(kāi)放性、可擴充性和標準化使不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的控制設備可以簡(jiǎn)單可靠地連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò )，進(jìn)行系統的集中監控，從而成為最流行的協(xié)議之一。同樣，世紀星組態(tài)軟件也提供了支持上位機和下位設備進(jìn)行MODBUS通信的驅動(dòng)程序，使用戶(hù)可以方便使用裝有世紀星軟件的上位機和下位的設備進(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)議支持傳統的RS232、RS422、RS485標準和以太網(wǎng)設備。不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的符合MODBUS協(xié)議的控制設備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò )，進(jìn)行集中監控。MODBUS協(xié)議采用主從(master-slave)技術(shù)，是一種問(wèn)答方式的通信協(xié)議。每次通信均由主機發(fā)出數據請求信息，從機接收到正確消息后就可以發(fā)送數據到主機以響應請求；主機也可以直接發(fā)信息修改從機的數據，實(shí)現雙向讀寫(xiě)。
MODBUS協(xié)議支持兩種數據傳送模式，即ASCII碼和MODBUS-RTU。
(1) MODBUS-RTU
表1 主機詢(xún)問(wèn)數據幀報文
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從機地址 功能碼 數據起始地址 數據量 冗余校驗 |
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Slave Func Start Start Num Num CRC CRC
Add Code Add H Add L H L -16H -16L |
表2 從機回答數據幀報文
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從機地址 功能碼 字節量 數據 冗余校驗 |
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Slave Func Byte Data …Data CRC CRC
Add Code Count Byte1 Byte n -16H -16L |
(2) ASCII碼
表3 主機詢(xún)問(wèn)數據幀報文
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起始符 從機地址 功能碼 數據起始地址 數據量 冗余校驗 結束符 |
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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 從機回答數據幀報文
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起始符 從機地址 功能碼 字節量 數據 冗余校驗 結束符 |
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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在世紀星中的應用
在世紀星中，除了支持MODBUS-RTU和ASCII碼兩種數據傳送模式外，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)字節的CRC校驗。在MODBUS協(xié)議中，是根據不同的功能碼來(lái)完成不同的讀寫(xiě)功能的，世紀星中支持的功能碼及其功能如表5所示。
表5 世紀星所支持的功能碼
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功能碼 寄存器名 功能 |
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01H 0x 讀取線(xiàn)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 強置一個(gè)邏輯線(xiàn)圈的通斷狀態(tài)
06H 4x 預置一個(gè)寄存器（數據類(lèi)型為UINT/INT/BCD）
10H 4x 預置兩個(gè)寄存器（數據類(lèi)型為L(cháng)ONG/FLOAT） |
在硬件設備中，數據存儲在寄存器內，每個(gè)存儲數據的寄存器對應一個(gè)寄存器地址，上位機就是根據這些地址組織命令去讀寫(xiě)寄存器里的數據。一個(gè)兩個(gè)字節的整型數據存儲在一個(gè)寄存器地址中，一個(gè)四字節的整型或浮點(diǎn)型數據則要存儲在連續的兩個(gè)寄存器地址中，通常都是高地址存放數據的高字，低地址存放數據的低字。
由于很多用MODBUS協(xié)議的儀表廠(chǎng)家都在以自己的方式來(lái)說(shuō)明儀表上的參數以及它對應的寄存器地址，所以一部分廠(chǎng)家是以十六進(jìn)制來(lái)標記寄存器地址，而另一部分廠(chǎng)家用十進(jìn)制。為了使用戶(hù)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(hù)做很多的十六進(jìn)制和十進(jìn)制之間轉換的工作。
在設備的說(shuō)明書(shū)中，一般會(huì )指定寄存器地址，數據類(lèi)型，該地址的寄存器支持的功能碼等要素，以MODBUS-RTU 十六進(jìn)制的驅動(dòng)為例，如果寄存器地址為0005H，數據類(lèi)型為兩個(gè)字節的整形，支持03H功能碼讀數據，則對應到世紀星軟件中需要連接的變量為4x0005，變量類(lèi)型為I/O整數，數據類(lèi)型可以分為有符號的INT或無(wú)符號的UINT 或者BCD碼，在進(jìn)行通信時(shí)，世紀星發(fā)送的以及設備返回的命令如下表所示。
主機發(fā)送：
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從機地址 功能碼 數據起始地址 數據量 冗余校驗 |
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01 03 00 05 00 01 94 0B |
從機返回：
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從機地址 功能碼 字節量 數據 冗余校驗 |
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01 03 02 00 1A 39 8F |
由設備返回的命令，可以知道設備返回了兩個(gè)字節的有效數據(00 1A)，則寄存器地址為0005H里的數據為001AH=26。
如果寄存器地址為0009H，數據類(lèi)型為兩個(gè)字節的整型，支持06H功能碼寫(xiě)數據，則對應到世紀星軟件中需要連接的變量為4x0009，變量類(lèi)型為I/O整數，數據類(lèi)型可以為有符號的INT或無(wú)符號的UINT 或者BCD碼，在通信時(shí)，世紀星發(fā)送的以及設備返回的命令如下表所示(寫(xiě)入數據258=0102H)：
主機發(fā)送：
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從機地址 功能碼 數據起始地址 寫(xiě)入數據 冗余校驗 |
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01 06 00 09 01 02 D9 99 |
從機返回：
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從機地址 功能碼 數據起始地址 寫(xiě)入數據 冗余校驗 |
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01 06 00 09 01 02 D9 99 |
經(jīng)過(guò)發(fā)送上表中的命令，0102H便成功寫(xiě)入到寄存器地址為0009H號的寄存器中。
如果寄存器地址為0010H，數據類(lèi)型為四個(gè)字節的整型或浮點(diǎn)型，支持10H功能碼寫(xiě)數據，則對應到世紀星軟件中需要連接的變量為4x0010，變量類(lèi)型為I/O實(shí)數，數據類(lèi)型可以為有整型的LONG或浮點(diǎn)型的FLOAT，在通信時(shí)，世紀星發(fā)送的以及設備返回的命令如下表所示(寫(xiě)入數據258=0102H)：
主機發(fā)送：
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從機地址 功能碼 起始地址 寄存器個(gè)數 字節個(gè)數 寫(xiě)入數據 冗余校驗 |
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01 10 00 10 00 02 04 01 02 00 00 DA AC |
從機返回：
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從機地址 功能碼 數據起始地址 寫(xiě)入字節個(gè)數 冗余校驗 |
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01 10 00 10 00 04 C0 0f |
經(jīng)過(guò)發(fā)送上表中的命令，0102H便成功寫(xiě)入到寄存器地址為0010H號的寄存器中，0000H成功寫(xiě)入了寄存器地址為0011H號的寄存器中。
上述內容就是在世紀星中根據設備說(shuō)明書(shū)連接保持寄存器的變量連接方式，以及通信的過(guò)程，其它的例如輸入寄存器，輸入線(xiàn)圈等都和保持寄存器是類(lèi)似的，通過(guò)特定的功能碼對特定地址的寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作，這里就不一一介紹了。
4 小結
在平時(shí)用戶(hù)使用世紀星和支持MODBUS協(xié)議的儀表進(jìn)行通信的過(guò)程中，在多數情況下，世紀星都能很正常的和儀表進(jìn)行通信，但現在還是避免不了的一種情況是，有些用戶(hù)的儀表支持的并不是標準的MODBUS協(xié)議。MODBUS是一種通用的協(xié)議，但就細節來(lái)說(shuō)，很多廠(chǎng)家還是各有各的用法，這使筆者認識到了這里的MODBUS通信還是缺少一些靈活性，而世紀長(cháng)秋一定會(huì )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(hù)能夠方便使用世紀長(cháng)秋的軟件和儀表高效可靠的通信。
——轉自《自動(dòng)化博覽》
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號