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工业计算机与其他设备的modbus通讯方式实现过程

发布时间:2016-03-21 20:11 作者:南京研维 阅读次数:

       Modbus通讯协议是工业计算机与其他设备的主要通讯方式,南京研维信息以本文为例,向大家介绍下modbus通讯方式实现过程:

      先以串行通讯的Modbus为例(注意Modbus TCP的报文表头和校验码是不一样的),主站发送了:09 03 00 04 00 03 XX

      主站告诉从站09,我要读取的地址偏移为4、5、6的Holding Register的数值。其中"03"是读Holding Register的功能码,"00 04 00 01"是数据区,"00 04"是寄存器的地址,"00 03"说明要连续读三个寄存器的值。"XX"代表最后的校验位,校验方法是LRC或CRC。

       从站收到信息后,就从对应的寄存器找到数值,回复:09 03 06 02 2B 00 01 00 64 XX

       从站回答,该地址偏移为4的寄存器值为02 2B,地址偏移为5的寄存器值为00 01,地址偏移为6的寄存器值为00 64。其中"09 03"是复制了主站发来的地址和功能码,"06"代表接下来的数据共有6个字节。

       如果从站收到了一个错误的请求,例如发现要读的寄存器地址是错误的,则回复:09 83 02 XX

       其中"83"是把功能码"03"的最高位置1,告诉主站发生了异常,"02"是异常码,说明发生了无效地址的异常。

       对于Modbus TCP而言,主站通常称为Client,从站称为Server;而对于Modbus RTU和Modbus ASCII来说,主站是Master,从站是Slave。

      如图2所示,串行传输的物理层是RS-485或RS-232,数据链路层是Modbus的串行传输协议;Modbus TCP的1、2、3、4层实现和日常所见的以太网、因特网一样。Modbus默认采用的TCP端口号是502。

       图3说明了Modbus TCP的改动:

  1. 取消了校验位。数据链路层上就进行了CRC-32的校验,TCP/IP是面向连接的可靠性的协议,因此没必要再加上校验位。
  2. Slave地址换成了Unit Identifier。当网络里的设备全是使用TCP/IP,这个地址是没有意义的,因为IP就能进行路由寻址。如果网络里还有串行通讯的设备,则需要网关来实现Modbus TCP到Modbus RTU或ASCII之间的协议转换,这时用Unit Identifier来标识网关后面的每个串行通讯设备。
  3. Length是指后面的字节总数。实际上数据区的长度是能确定的,有的功能码就可以确定数据区的长度,有的功能码虽不能确定数据区长度,但是数据区有字节计数,参见上文举的从站应答的例子。表头增加的Length是为了应对有些情况下TCP/IP协议会将应用层的数据拆包传输。
  4. Transaction Identifier和Protocol Identifier由Client生成,Server的响应将复制这些参数。
      然后,介绍一下Modbus的类型:

      Coil:大小只有1位,ON或OFF,可读可写,既可以是一个输出量输出点,也可以是数字量输入点,有效的地址范围是1-9999。

       Input Status:大小只有1位,ON或OFF,只读,即数字量输出点,有效地址范围是10001-19999。

       Input Register:16位的寄存器,只读,可以用作模拟量或16位打包输入点,有效地址范围是30001-39999。

       Holding Register:16位的寄存器,可读可写,既可以是一个模拟量或16位打包输入点,也可以是模拟量或16位打包输出点,有效地址范围是40001-49999。

      在PLC或DCS上用点名标记不同的变量,在Modbus则以数据地址来标记每个点。以上所说的地址都是参考地址,而不是实际的物理地址。上述的地址是在设备中的地址,按照PLC的习惯从1开始递增,而Modbus报文中是从0开始递增。例如地址偏移为4、5、6的Holding Register,其实是指参考地址是40005、40006、40007的寄存器。

       对于不同类型的网络,Modbus的第7层实现是一样的,区别在于下层的实现方式,常见的有TCP/IP和串行通讯两种。

       Modbus TCP基于以太网和TCP/IP协议,Modbus RTU和Modbus ASCII则是使用异步串行传输(通常是RS-232/422/485)。


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