運(yùn)用ModBus通信協(xié)議與PLC的實時通信

三、ModBus 的主要型式

 

ModBus 主要有四種型式：ASCII、RTU、TCP/IP 和 Plus。

 

1、ASCII 型式：采用 ASCII 碼進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，使用縱向冗余校驗的校驗和（LRC）進(jìn)行數(shù)據(jù)

 

校驗。

 

2、RTU 型式：采用二進(jìn)制碼進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，使用循環(huán)冗余校驗的校驗和（CRC）進(jìn)行數(shù)據(jù)校

 

驗。

 

3、TCP/IP 型式：主要用于以太網(wǎng)，不使用校驗和進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗。

 

4、Plus 型式：該型式為 Modicon 公司專有，采用專門的協(xié)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 目前，使用zui廣泛的型式是 ASCII 和 RTU，主要采用 RS232、RS422、RS485 進(jìn)行物理連接，

 

其中 RS485 使用zui多。

 

四、ModBus 的結(jié)構(gòu)

 

ModBus 協(xié)議是一個 master（主）/slave（從）架構(gòu)的協(xié)議。有一個節(jié)點是 master 節(jié)點，其他使 用 Modbus 協(xié)議參與通信的節(jié)點是 slave 節(jié)點。每一個 slave 設(shè)備都有一個*的地址。ModBus 的 通信比較簡單，由 master 發(fā)通信指令，指令中含有欲于之通信的 slave 站號。當(dāng) master 發(fā)指令時， 所有 slave 都處于收聽狀態(tài)，一旦 slave 收聽到與自己地址相同的站號時，立刻執(zhí)行指令的內(nèi)容，并

回傳執(zhí)行的結(jié)果。

 

五、ASCII 型式的 ModBus 通信協(xié)議的格式

 

在 ModBus 上通信時，各站點的通信參數(shù)必須一致，如：波特率、奇偶校驗。 通信時，一個信息字節(jié)中的每 8 位分為兩個 ASCII 字符進(jìn)行傳輸，允許字符傳輸間隔在 1 秒之

內(nèi)。

 

1、ASCII 型式每一字節(jié)的格式

 

16 進(jìn)制編碼，ASCII 字符（0-9、A-F），即：0x30-0x39、0x41-0x46。

 

1 位開始位、7 位數(shù)據(jù)位（先低后高）、1 位奇偶校驗（無奇偶校驗時為 0）、1 位停止位。

 

2、數(shù)據(jù)錯誤校驗采用縱向冗余校驗（LRC）

 

3、通信幀格式（ModBus 命令格式）

 

開始	地址（站號）	功能	數(shù)據(jù)	校驗（LRC）	結(jié)束
：（0x3a）	xx	xx	x...	xx	CR、LF（0x0d、0x0a）
1 字符	2 字符	2 字符	N 字符	2 字符	2 字符

 

一個基本的 ModBus 命令，除了開始、校驗、結(jié)束字符外，還必須有地址項及功能項。地址—

 

—也就是站號，想要被操作的對象（slave 站號）；功能——想要被操作的對象完成的任務(wù)。ModBus

 

命令可以沒有數(shù)據(jù)項。

 

 

被操作的對象，在完成所要求的操作后，必須回傳一幀信息，傳遞操作結(jié)果。回傳信息的格式

與命令格式相同，只是數(shù)據(jù)內(nèi)容為操作的結(jié)果。

 

六、利用 ModBus，實現(xiàn) PLC 與電子稱重設(shè)備的通信

 

為了使大家對 Modbus 有更進(jìn)一步的了解，下面用例子方式說明如何把電子稱重設(shè)備接入 PLC 控制系統(tǒng)的 Modbus 總線網(wǎng)絡(luò)。例子中的稱重儀表為上海彩信電子科技有限公司生產(chǎn)的 XK311 增強(qiáng)型儀表。本例中，1 臺 PLC 作為主機(jī)（master），10 臺電子秤作為從機(jī)（slave），使用 XK311 增強(qiáng)型儀表作為電子秤顯示儀表，從機(jī)地址為 70、71、72、....79。通過 RS485 連接 PLC 和各儀 表，采用 ModBus ASCII 通信協(xié)議。PLC 可以對各臺儀表進(jìn)行置零、去皮、讀取重量等多項操作。 稱重系統(tǒng)示意圖如圖 1 所示，圖中的計算機(jī)是在系統(tǒng)調(diào)試時接入 RS485 總線的，用以觀察 RS485

中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，正常工作時是移除的。

 圖 1 稱重系統(tǒng)示意圖

 

上述系統(tǒng)可實現(xiàn)以下功能：

 

1、正常工作時，PLC 每隔 10 秒輪詢一次，獲取每臺秤的重量。

 

2、當(dāng)秤臺上重量異常時，PLC 會發(fā)出警告信息，提示控制室人員注意。

 

3、控制人員可以通過 PLC，對某臺秤發(fā)出置零、去皮等操作指令。

 

4、PLC 可對各臺秤的稱量，進(jìn)行各項統(tǒng)計，生成必要的統(tǒng)計報表。

 

七、ModBus 與局域網(wǎng)互連

 

現(xiàn)在，很多 PLC 都具有局域網(wǎng)接口，通過該接口，就可以遠(yuǎn)程控制稱重系統(tǒng)了。當(dāng)然，也可 以通過接在 Modbus 總線上的 PC 機(jī)，利用 PC 機(jī)的軟、硬件資源，編制相應(yīng)的軟件，將重量信號傳 送到局域網(wǎng)上。若局域網(wǎng)通過路由器接入因特網(wǎng)，很顯然重量數(shù)據(jù)就可以在因特網(wǎng)上傳輸了。本系 統(tǒng)是通過 PLC 的 DH+網(wǎng)絡(luò)接入局域網(wǎng)的。當(dāng)然，網(wǎng)絡(luò)部分使用的協(xié)議，* TCP/IP、NetBEUI。 Modbus 也有相關(guān)的 TCP/IP 型式，這里就不再贅述了，大家可以參考相關(guān)的書籍。

 

上述的稱重系統(tǒng)只是 PLC 的一個子系統(tǒng)，是后期改造的一個項目。其整個 PLC 系統(tǒng)（見圖 2） 是采用美國 ROCKWELL 公司的 PLC，共有 5 臺 PLC 機(jī)箱（采用 PLC5 系列）、4 臺工控機(jī)和 2 臺 服務(wù)器、若干臺 PC 組成的。PLC 采用 ROCKWELL 公司的 DH+網(wǎng)絡(luò)連接，使用 DF1 協(xié)議；其中 1

 

附錄：

 

XK311 增強(qiáng)型儀表的 ModBus 協(xié)議格式

 

說明	報頭	站號	功能碼	首址	數(shù)據(jù)量	數(shù)據(jù)值	校驗碼	報尾
指令	：	xx	xx	xxxx	xxxx	xxxx	LRC	\CR\ LF
回傳	：	xx	xx		xx	xxxx	LRC	\CR
								\ LF
出錯	：	xx	xx			xx	LRC	\CR
回傳			zui高位置 1			錯誤碼		\ LF

 

報頭、報尾：所有指令均以冒號（：）開始，以回車符、換行符結(jié)束。 站號：2 個 ASCII 碼，范圍為 01-90（16 進(jìn)制：0x01-0x）。 功能碼：2 個 ASCII 碼。

 

02：讀繼電器輸出狀態(tài)；

 

04：讀稱量狀態(tài)（顯示值、皮重等）；

 

05：置零操作；

 

06：皮重操作；

 

07：通信測試；

 

08：讀定值；

 

09：寫定值。

 

首址：4 個 ASCII 碼，讀寫數(shù)據(jù)的位置。

 

數(shù)據(jù)量：4 個 ASCII 碼，讀寫數(shù)據(jù)的數(shù)量。

 

數(shù)據(jù)值：讀寫的數(shù)據(jù)。

 

校驗碼：2 個 ASCII 碼，采用 LRC 校驗。

 

LRC 校驗碼運(yùn)算：報頭（：）不參與運(yùn)算，LRC 在數(shù)據(jù)之后，在\CR\LF 之前。參加運(yùn)算的是報 頭之后，LRC 之前的所有數(shù)據(jù)。LRC 為參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)之和的補(bǔ)碼，舍去進(jìn)位。

 

當(dāng)儀表執(zhí)行指令出錯時，會回傳錯誤碼，并將功能碼的zui高位置 1。

 

錯誤碼： 00--接收到的功能碼出錯； 01--數(shù)據(jù)地址錯； 02--數(shù)據(jù)數(shù)量錯；

 

03--數(shù)據(jù)值錯，如：預(yù)置皮重大于zui大稱量 FS；

 

04--稱量為負(fù)時去皮；

 

05--不在稱重狀態(tài)時置零；

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