一篇文章全面解析Modbus协议

news2024/11/25 12:46:59

Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它,不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络,进行集中监控。

在Modbus网络上传输

标准的Modbus口是使用RS-232C兼容串行接口,它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。控制器能直接或经由Modem组网。

控制器通信使用主—从技术,即仅一设备(主设备)能初始化传输(查询)。其它设备(从设备)根据主设备查询提供的数据作出相应反应。典型的主设备:主机和可编程仪表。典型的从设备:可编程控制器。

主设备可单独和从设备通信,也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信,从设备返回一消息作为回应,如果是以广播方式查询的,则不作任何回应。Modbus协议建立了主设备查询的格式:设备(或广播)地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。

从设备回应消息也由Modbus协议构成,包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生一错误,或从设备不能执行其命令,从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去。

在其它类型网络上传输

在其它网络上,控制器使用对等技术通信,故任何控制都能初始和其它控制器的通信。这样在单独的通信过程中,控制器既可作为主设备也可作为从设备。提供的多个内部通道可允许同时发生的传输进程。

在消息位,Modbus协议仍提供了主—从原则,尽管网络通信方法是“对等”。如果一控制器发送一消息,它只是作为主设备,并期望从从设备得到回应。同样,当控制器接收到一消息,它将建立一从设备回应格式并返回给发送的控制器。

查询——回应周期

(1)查询

查询消息中的功能代码告之被选中的从设备要执行何种功能。数据段包含了从设备要执行功能的任何附加信息。例如功能代码03是要求从设备读保持寄存器并返回它们的内容。数据段必须包含要告之从设备的信息:从何寄存器开始读及要读的寄存器数量。错误检测域为从设备提供了一种验证消息内容是否正确的方法。

(2)回应

如果从设备产生一正常的回应,在回应消息中的功能代码是在查询消息中的功能代码的回应。数据段包括了从设备收集的数据:象寄存器值或状态。如果有错误发生,功能代码将被修改以用于指出回应消息是错误的,同时数据段包含了描述此错误信息的代码。错误检测域允许主设备确认消息内容是否可用。

两种传输方式

控制器能设置为两种传输模式(ASCII或RTU)中的任何一种在标准的Modbus网络通信。用户选择想要的模式,包括串口通信参数(波特率、校验方式等),在配置每个控制器的时候,在一个Modbus网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。

所选的ASCII或RTU方式仅适用于标准的Modbus网络,它定义了在这些网络上连续传输的消息段的每一位,以及决定怎样将信息打包成消息域和如何解码。

在其它网络上(象MAP和Modbus Plus)Modbus消息被转成与串行传输无关的帧。

(1)ASCII模式

当控制器设为在Modbus网络上以ASCII(美国标准信息交换代码)模式通信,在消息中的每个8Bit字节都作为两个ASCII字符发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误。

代码系统:

  • 十六进制,ASCII字符0...9,A...F
  • 消息中的每个ASCII字符都是一个十六进制字符组成

每个字节的位:

  • 1个起始位
  • 7个数据位,最小的有效位先发送
  • 1个奇偶校验位,无校验则无
  • 1个停止位(有校验时),2个Bit(无校验时)
  • 错误检测域
  • LRC(纵向冗长检测)

(2)RTU模式

当控制器设为在Modbus网络上以RTU(远程终端单元)模式通信,在消息中的每个8Bit字节包含两个4Bit的十六进制字符。这种方式的主要优点是:在同样的波特率下,可比ASCII方式传送更多的数据。

代码系统:

  • 8位二进制,十六进制数0...9,A...F
  • 消息中的每个8位域都是一个两个十六进制字符组成
  • 每个字节的位
  • 1个起始位
  • 8个数据位,最小的有效位先发送
  • 1个奇偶校验位,无校验则无
  • 1个停止位(有校验时),2个Bit(无校验时)
  • 错误检测域
  • CRC(循环冗长检测)

无线Modbus的实现

遵从Modbus通讯协议,可以通过对接无线终端和需要无线功能的设备Rs485/Rs232接口变为无线Modbus通讯。也就是说,在有线Modbus网络通讯无误的情况下,只需要与兼容Modbus通讯协议的无线模块(DTD433M/DTD434M/DTD435M/DTD418M/DTD419M)对接硬件接口参数,即可实现多台设备的无线Modbus网络通讯。

下图是使用DTD434MC实现威纶触摸屏作为主站,与多个S7-1200plc进行无线Modbus通讯的案例。

下图是使用DTD419MB实现2个组态王作为主站,与1个FX5Uplc进行无线ModbusTCP/IP以太网通讯的案例。

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