第一篇 串行鏈路上MODBUS協(xié)議應(yīng)用簡介

Modbus 是由Modicon(現(xiàn)在的施耐德電氣公司)在 1979 年發(fā)明的，是全球第一個真正用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議。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、也包括軟件。Modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通信語言。通過此協(xié)議，控制器互相之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)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)。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。

Modbus可以在基于串行鏈路和以太TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行通信。串行鏈路和 TCP/IP 上的 Modbus 是根據(jù)相應(yīng) ISO 層模型說明的兩個通信規(guī)程。

下圖強(qiáng)調(diào)指出了該標(biāo)準(zhǔn)的主要部分。綠色方框表示規(guī)范?；疑娇虮硎疽延械膰H標(biāo)準(zhǔn)。

01 傳輸模式

本文主要介紹在基于串行鏈路上常用的兩種傳輸模式（ASCII和RTU），Modbus 串行鏈路協(xié)議是一個主-從協(xié)議，在同一時刻，只有一個主節(jié)點(diǎn)，一個或多個子節(jié)點(diǎn)連接于同一串行總線。子節(jié)點(diǎn)不會主動發(fā)送數(shù)據(jù)，只有在收到來自主節(jié)點(diǎn)的請求時才會發(fā)送，主節(jié)點(diǎn)在同一時刻只會發(fā)起一個Modbus事務(wù)處理。

為了方便理解，我們將主節(jié)點(diǎn)以及子節(jié)點(diǎn)分別稱為主設(shè)備和從設(shè)備。

主設(shè)備可單獨(dú)與從設(shè)備通信，也能以廣播方式和所有從設(shè)備通信。如果是單獨(dú)通信，從設(shè)備返回消息作為回應(yīng)；如果是廣播方式查詢的，則不作任何回應(yīng)。

當(dāng)數(shù)據(jù)幀到達(dá)終端設(shè)備（從設(shè)備）時，它通過一個簡單的“端口”進(jìn)入被尋址到的設(shè)備，該設(shè)備去掉數(shù)據(jù)幀的“信封”（數(shù)據(jù)頭），讀取數(shù)據(jù)，如果沒有錯誤，就執(zhí)行數(shù)據(jù)所請求的任務(wù)，然后將自己生成的數(shù)據(jù)加入到取得的“信封”中，把數(shù)據(jù)幀返回給發(fā)送者。返回的響應(yīng)數(shù)據(jù)中包含了以下內(nèi)容：終端從機(jī)地址、被執(zhí)行了的命令、執(zhí)行命令生成的被請求數(shù)據(jù)和一個校驗(yàn)碼。發(fā)生任何錯誤都不會有成功的響應(yīng)，或者返回一個錯誤指示幀。

Modbus總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

02 MODBUS消息幀

Modbus 協(xié)議定義了一個與基礎(chǔ)通信層無關(guān)的簡單協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）。特定總線或網(wǎng)絡(luò)上的 Modbus 協(xié)議映射能夠在應(yīng)用數(shù)據(jù)單元（ADU）上引入一些附加域。

通用MODBUS幀

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），在配置每個控制器的時候，在一個 Modbus 網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)。

兩種模式分類

ASCII消息幀結(jié)構(gòu)

RTU消息幀結(jié)構(gòu)

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蔚拿恳晃唬约皼Q定怎樣將信息打包成消息域和如何解碼。

地址域在幀的開始部分，由一個字節(jié)（8 位二進(jìn)制）組成，十進(jìn)制位 0255，在我們系統(tǒng)中只使用 1147，其它地址保留。這些位標(biāo)明了用戶指定的從設(shè)備的地址，該設(shè)備將接受來自與之相連主設(shè)備數(shù)據(jù)。每個從設(shè)備的地址必須是唯一的，僅僅被尋址到的從設(shè)備會響應(yīng)包含了該地址的查詢。當(dāng)從設(shè)備發(fā)送回一個響應(yīng)，響應(yīng)中的從設(shè)備地址數(shù)據(jù)便告訴了主設(shè)備是哪臺設(shè)備與之進(jìn)行通信。

功能碼的作用是指明從設(shè)備要執(zhí)行的動作。

數(shù)據(jù)域包括附加信息，從設(shè)備使用這個信息執(zhí)行功能碼定義的操作。這個域還包括離散項(xiàng)目和寄存器地址、處理的項(xiàng)目數(shù)量以及域中的實(shí)際數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。在某種請求中，數(shù)據(jù)域可以是不存在的（0 長度），在此情況下服務(wù)器不需要任何附加信息，功能碼僅說明操作。

錯誤校驗(yàn)域是對報文內(nèi)容執(zhí)行“冗余校驗(yàn)”的計算結(jié)果。根據(jù)不同的傳輸模式（RTU 或 ASCII）使用兩種不同的計算方法。