第五章 Modbus總線及其應(yīng)用

《現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用》(第3版）2第五章Modbus總線及其應(yīng)用一、Modbus協(xié)議概述二、ModbusRTU通信三、S7-200PLC之間的ModbusRTU通信四、FX3UPLC與智能儀表的ModbusRTU通信

Modbus是Modicon公司于1979年開發(fā)的一種通用串行通信協(xié)議，是國際上第一個(gè)真正用于工業(yè)控制的現(xiàn)場總線協(xié)議。由于其功能完善且使用簡單、數(shù)據(jù)易于處理，因而在各種智能設(shè)備中被廣泛采用，得到了諸如GE、SIEMENS等大公司的應(yīng)用，并把它作為一種標(biāo)準(zhǔn)的通信接口提供給用戶。一、Modbus總線概述1）定義通訊數(shù)據(jù)單元Modbus協(xié)議是一種應(yīng)用層報(bào)文傳輸協(xié)議（OSI模型第七層），它定義了一個(gè)與通信層無關(guān)的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ProtocolDataUnit，PDU），PDU=（功能碼+數(shù)據(jù)域）。2）對(duì)物理端口不做具體要求

Modbus協(xié)議只定義了通訊消息的結(jié)構(gòu)，對(duì)物理端口沒有作具體規(guī)定，支持RS232、RS422、RS485和以太網(wǎng)接口，可以作為各種智能設(shè)備、儀表之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)。1.協(xié)議特點(diǎn)

Modbus分為串口協(xié)議和網(wǎng)口協(xié)議，可用于不同的總線或網(wǎng)絡(luò)。對(duì)應(yīng)于不同的總線或網(wǎng)絡(luò)，Modbus協(xié)議引入一些附加域映射成應(yīng)用數(shù)據(jù)單元（ApplicationDataUnit，ADU），ADU=（附加域+PDU），包括RTU、ASCII和TCP三種報(bào)文類型。

2.總線分類Modbus的數(shù)據(jù)通信采用主/從方式。網(wǎng)絡(luò)中只有一個(gè)主設(shè)備，通信采用查詢-回應(yīng)的方式進(jìn)行，主設(shè)備初始化系統(tǒng)通信設(shè)置，并向從設(shè)備發(fā)送消息，從設(shè)備正確接收消息后響應(yīng)主設(shè)備的查詢或根據(jù)主設(shè)備的消息作出響應(yīng)的動(dòng)作。3.通信方式

主設(shè)備初始化系統(tǒng)通信設(shè)置，并向從設(shè)備發(fā)送消息，從設(shè)備正確接收消息后響應(yīng)主設(shè)備的查詢或根據(jù)主設(shè)備的消息作出響應(yīng)的動(dòng)作。3.通信方式功能代碼表示被選中的從設(shè)備要執(zhí)行何種功能，例如指定的從設(shè)備地址為1，功能碼為03，則含義是要求讀取1#從站的多個(gè)寄存器值并返回它們的內(nèi)容。數(shù)據(jù)段包括了從設(shè)備要執(zhí)行功能的任何附加消息，例如從哪個(gè)寄存器地址開始讀數(shù)據(jù)、要讀的寄存器數(shù)量是多少個(gè)。3.通信方式3）錯(cuò)誤檢測域?yàn)閺脑O(shè)備提供了一種

驗(yàn)證消息內(nèi)容是否正確的方法。二、ModbusRTU通信Modbus在串行鏈路上的信息幀結(jié)構(gòu)如圖，為了與從設(shè)備進(jìn)行通訊，主設(shè)備會(huì)發(fā)送一段包含設(shè)備地址、功能代碼、數(shù)據(jù)段、錯(cuò)誤檢查的信息。二、ModbusRTU通信1．地址域：信息幀的第一個(gè)字節(jié)是設(shè)備地址碼，這個(gè)字節(jié)表明由用戶設(shè)置地址的從機(jī)將接收由主機(jī)發(fā)送來的信息。每個(gè)從機(jī)都必須有唯一的地址碼，并且只有符合地址碼的從機(jī)才能響應(yīng)回送；當(dāng)從機(jī)回送信息時(shí)，相應(yīng)的地址碼表明該信息來自于何處。設(shè)備地址是一個(gè)從0～247的數(shù)字，發(fā)送給地址0的訊息可以被所有從機(jī)接收到。二、ModbusRTU通信2．功能碼：定義了從設(shè)備應(yīng)該執(zhí)行的命令，有些功能代碼還擁有子功能代碼。主機(jī)請求發(fā)送，通過功碼告訴從機(jī)執(zhí)行什么動(dòng)作；作為從機(jī)響應(yīng)，從機(jī)發(fā)送的功能碼與從主機(jī)得到的功能碼一樣，并表明從機(jī)已響應(yīng)主機(jī)進(jìn)行操作。二、ModbusRTU通信功能碼二、ModbusRTU通信3．?dāng)?shù)據(jù)：數(shù)據(jù)區(qū)包含需要從機(jī)執(zhí)行什么動(dòng)作或由從機(jī)采集的返送信息，這些信息可以是數(shù)值、參考地址等；對(duì)于不同的從機(jī)，地址和數(shù)據(jù)信息都不相同。例如，功能碼告訴從機(jī)讀取寄存器的值，則數(shù)據(jù)區(qū)必需包含要讀取寄存器的起始地址及讀取長度。二、ModbusRTU通信4．差錯(cuò)校驗(yàn)：RTU模式采用循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC），該校驗(yàn)方式包含兩個(gè)字節(jié)的錯(cuò)誤檢測碼，由傳輸設(shè)備計(jì)算后加入到消息中，接收設(shè)備重新計(jì)算收到消息的CRC，并與接收到的CRC域中的值比較，如果兩值不同，表明有錯(cuò)誤。三、S7-200PLC之間的ModbusRTU通信

1．Modbus協(xié)議的安裝Modbus協(xié)議包含在S7-200PLC的編程軟件STEP7-Micro/WIN指令庫（Libraries）中。當(dāng)STEP7-Micro/WIN安裝了指令庫以后，通過指令庫可以打開相應(yīng)的通信編程指令。三、實(shí)現(xiàn)S7-200PLC之間的ModbusRTU通信

2．西門子Modbus協(xié)議庫常用功能碼裝三、實(shí)現(xiàn)S7-200PLC之間的ModbusRTU通信

3．注意事項(xiàng)1）使用Modbus指令庫前，必須將其安裝到STEP7-Micro/WINV3.2或以上版本的軟件中。2）S7-200PLC的CPU版本必須為2.00或者2.01（即訂貨號(hào)為6ES721*－***23-0BA*），1.22版本之前（包括1.22版本）的CPU不支持Modbus指令庫。3）如果CPU端口被設(shè)為Modbus通信時(shí)，該端口就無法用于其它任何用途，包括用STEP7-Micro/WIN軟件下載程序。三、實(shí)現(xiàn)S7-200PLC之間的ModbusRTU通信

4．主站尋址所有Modbus地址都是從地址1開始編號(hào)。三、實(shí)現(xiàn)S7-200PLC之間的ModbusRTU通信

4．從站尋址所有Modbus地址都是從地址1開始編號(hào)。三、實(shí)現(xiàn)S7-200PLC之間的ModbusRTU通信

5．硬件連接三、實(shí)現(xiàn)S7-200PLC之間的ModbusRTU通信

6．主站側(cè)指令MBUS_CTRL指令用于初始化主站通信，可初始化、監(jiān)視或禁用Modbus通訊。三、實(shí)現(xiàn)S7-200PLC之間的ModbusRTU通信

6．主站側(cè)指令MBUS_MSG指令用于啟動(dòng)對(duì)Modbus從站的請求并處理應(yīng)答。三、實(shí)現(xiàn)S7-200PLC之間的ModbusRTU通信

7．從站側(cè)指令三、實(shí)現(xiàn)S7-200PLC之間的ModbusRTU通信

7．從站側(cè)指令三、實(shí)現(xiàn)S7-200PLC之間的ModbusRTU通信

8．程序編寫1）控制要求

兩臺(tái)型號(hào)為S7-200CPU226CN的PLC進(jìn)行Modbus通信，其中一臺(tái)作為Modbus通信主站，另一臺(tái)作為Modbus通信從站。當(dāng)主站I0.1為ON時(shí)，主站給從站發(fā)送信息，并使從站的輸出Q0.0～Q0.7隨主站﹠VB1000的值變化。三、實(shí)現(xiàn)S7-200PLC之間的ModbusRTU通信

8．程序編寫2）主程序編寫三、實(shí)現(xiàn)S7-200PLC之間的ModbusRTU通信

8．程序編寫3）從站程序編寫三、實(shí)現(xiàn)S7-200PLC之間的ModbusRTU通信

8．程序編寫4）注意事項(xiàng)

利用主從站指令庫編程前首先應(yīng)為其分配存儲(chǔ)區(qū)，否則Step7-Micro/Win編譯時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)。

1.控制要求

四、

FX3UPLC與智能儀表的ModbusRTU通信

采用MODBUSRTU通信方式，實(shí)現(xiàn)PLC實(shí)時(shí)讀取兩臺(tái)智能儀表檢測的現(xiàn)場環(huán)境溫度和濕度值。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)四、

FX3UPLC與智能儀表的ModbusRTU通信

3.智能儀表介紹四、

FX3UPLC與智能儀表的ModbusRTU通信1）通訊協(xié)議

采用MODBUSRTU通訊方式，波特率為1200、2400、4800、9600四檔可調(diào)，數(shù)據(jù)格式為1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)停止位、無校驗(yàn)位，可進(jìn)行單字（雙字節(jié)）讀寫通信。2）主要參數(shù)對(duì)應(yīng)通信地址溫、濕度測量值的參數(shù)首地址：1001H（十進(jìn)制：4097）主控輸出狀態(tài)的參數(shù)首地址：1101H（十進(jìn)制：4353）報(bào)警輸出狀態(tài)的參數(shù)首地址：1200H（十進(jìn)制：4608）

3.智能儀表介紹四、

FX3UPLC與智能儀表的ModbusRTU通信

智能儀表通信參數(shù)設(shè)置主要有通訊波特率（BAND）、從站地址（ADDR）。例如本項(xiàng)目設(shè)置通訊波特率為9600bps，智能溫度儀從站地址為1，智能濕度儀從站地址為2。

4.FX3U系列PLC通信參數(shù)設(shè)置四、

FX3UPLC與智能儀表的ModbusRTU通信

通信格式可在D8400或D8420中進(jìn)行設(shè)定；使用通信端口（通道1）時(shí)設(shè)定D8400，使用通信端口（通道2）時(shí)設(shè)定D8420；例如D8420通信格式如圖。

4.FX3U系列PLC通信參數(shù)設(shè)置四、

FX3UPLC與智能儀表的ModbusRTU通信

本例中，智能儀表（從站1,2）采用數(shù)據(jù)格式為：8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)停止位、無校驗(yàn)位，波特率設(shè)為9600kbps，且為RS-485通信。由于同一網(wǎng)絡(luò)需要保持?jǐn)?shù)據(jù)格式一致，因此PLC側(cè)按照上表內(nèi)容含義，將D8420設(shè)置為H1081（二進(jìn)制數(shù)0001,0000,1000,0001）。1）b0=1，8個(gè)數(shù)據(jù)位；2）（b2，b1）=（0,0），無校驗(yàn)；3）b3=0，停止位1位；4）（b7，b6，b5，b4）=（1,0,0,0），將波特率設(shè)為9600kbps；5）b12=1，設(shè)定PLC為RS-485通訊。

4.FX3U系列PLC通信參數(shù)設(shè)置四、

FX3UPLC與智能儀表的ModbusRTU通信

FX3U系列PLC的MODBUS通信協(xié)議可在D8401或D8421中進(jìn)行設(shè)定。使用通道1時(shí)設(shè)定D8401，使用通道2時(shí)設(shè)定D8421；例如通道2參數(shù)設(shè)置如圖。

4.FX3U系列PLC通信參數(shù)設(shè)置四、

FX3UPLC與智能儀表的ModbusRTU通信

本例中，PLC作為主站與智能儀表（從站1,2）進(jìn)行MODBUSRTU通信，

因此PLC側(cè)按照按照上表內(nèi)容含義，將D8421（通道2）設(shè)置為H1（二進(jìn)制數(shù)0000,0000,0000,0001）。1）b0=1，采用MODBUS協(xié)議；2）b4=0，將該臺(tái)PLC設(shè)為主站；3）b8=0，選擇MODBUSRTU通信方式。

4.FX3U系列PLC通信參數(shù)設(shè)置四、

FX3UPLC與智能儀表的ModbusRTU通信

其他通信參數(shù)

4.FX3U系列PLC通信參數(shù)設(shè)置四、

FX3UPLC與智能儀表的ModbusRTU通信

在MODBUS通信時(shí)，還需要使用一些特殊輔助繼電器用于顯示通信狀態(tài)、通信信息等。例如：1）M8411：用于設(shè)定MODBUS通信參數(shù)的標(biāo)志位；2）M8029：指令結(jié)束標(biāo)志位；3）M8401/M8421：MODBUS通信中標(biāo)志位。其他通信參數(shù)

5.FX3U系列PLCModbus通信指令四、

FX3UPLC與智能儀表的ModbusRTU通信

5.FX3U系列PLCModbus通信指令四、

FX3UPLC與智能儀表的ModbusRTU通信

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