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摘 要 ：工业控制已从单机控制走向集中监控、集散控制,如今已进入网络时代,工业控制器联网也为网络管理提供了方便.Modbus就是工业控制器的网络协议中的一种.最初为可编程控制器（PLC）和工业自动化系统而制定,现已被广泛应用,成为智能建筑管理平台比集成的接口之一.
关 键 词 ：Modbus协议族 传输过程 通信接口模块开发 集成工程应用
Modbus协议是一个公开的、被广泛应用的串行通信协议,最初由Modicon公司为其可编程控制器和工业自动化系统而制定的,使用于控制设备间传输数字和模拟的I/O及寄存器数据时使用.此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的.它描述了一个控制器请求访问其它设备的过程,如何回应来自其它设备的请求,以及怎样侦测错误并记录.它制定了消息域格局和内容的公共格式.
当在一个Modbus网络上通信时,此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址,识别按地址发来的消息,决定要产生何种行动.如果需要回应,控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出.在其它网络上,包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构.这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法.
1.Modbus协议
1.1 Modbus协议族
Modbus协议中有ASCII、RTU、TCP等,其中前二者规定了消息、数据的结构、命令和应答的方式,数据通信采用Master/Sle（主从）方式,主端发出数据请求消息,从端接收到正确消息后就可以发送数据到主端以响应请求；主端也可以直接发送消息修改从端的数据,实现双向读写.此外,在校验上,ASCII模式采用LRC校验,RTU模式采用16位CRC校验.而TCP模式除了有奇偶校验外,没有额外规定校验,其原因就是TCP协议是一个面向连接的可靠协议.
1.2 Modbus网络上的数据传输
Modicon控制器上的标准Modbus端口是使用一个RS232兼容的串行接口,定义了连接器,接线电缆,信号等级,传输波特率,和奇偶校验,控制器可直接或通过调制解调器接入总线(网络).控制器通讯使用主从技术而其它设备(从机)应返回对查询作出的响应,或处理查询所要求的动作.典型的主机设备应包括主处理器和编程器,典型的从机包括可编程控制器.
主机可对各从机寻址,发出广播信息,从机返回信息作为对查询的响应.从机对于主机的广播查询,无响应返回Modbus协议报据设备地址,请求功能代码,发送数据,错误校验码,建立了主机查询格式,从机的响应信息也用Modbus协议组织,它包括确认动作的代码,返回数据和错误校验码.若在接收信息时出现一个错误或从机不能执行要求的动作时,从机会组织一个错误信息.并向主机发送作为响应.
1.3 在其它总线上传输数据
除标准的Modbus功能外,有些Modicon控制器内置端口或总线适配器,在Modbus+总线上实现通讯或使用网络适配器,在MAP网络上通讯.
在这些总线上,控制器间采用对等的技术进行通讯,即任意一个控制器可向其它控制器启动数据传送.因此,一台控制器既可作为从机,也可作为主机,常提供多重的内部通道,允许并列处理主机和从机传输数据 在信息级,尽管网络通讯方法是对等的,但Modbus协议仍采用主从方式,若一台控制器作为主机设备发送一个信息,则可从一台从机设备返回一个响应,类似,当一台控制器接受信息时,它就组织一个从机设备的响应信息,并返回至原发送信息的控制器.
1.4 查询响应周期
查询：查询中的功能代码为被寻址的从机设备应执行的动作类型.数据字节中包含从机须执行功能的各附加信息,如功能代码03将查询从机,并读保持寄存器.并用寄存器的内容作响应.该数据区必须含有告之从机读取寄存器的起始地址及数量,错误校验区的一些信息,为从机提供一种校验方法,以保证信息内容的完整性.
响应：从机正常响应时,响应功能码是查询功能码的应答,数据字节包含从机采集的数据,如寄存器值或状态.如出现错误,则修改功能码,指明为错误响应.并在数据字节中含有一个代码,来说明错误,错误检查区允许主机确认有效的信息内容.
1.5 Modbus协议帧结构
Modbus协议帧通常也被称作Modbus信息包裹,一个协议帧由从前到后有以下四个部分组成：地址域：发送信息的目的地址,即主站请求时的从站地址或从站响应时的主站地址.从站地址域长度为一个字节,其中包括信息包裹传送的从站地址.从站地址范围为“1”至“255”. 功能码域：信息包裹中功能域长度为一个字节,用以通知从站应当执行何种操作.数据域：域长度不定,依据其具体动能而定.校验域：两种不同模式下,计算而得的校验码.
2.通信接口模块开发
Modbus通信接口位于上位机和下位机之间,若要完成Modbus通信,则上位机和下位机必须安装有能够实现Modbus协议的硬件和软件.在系统集成工程中,如果出现通信双方任何一方不具备Modbus接口的情况,则必须进行底层驱动模块的开发.
一般下位机一侧会出现不匹配,因为下位机系统中包括数据的采集和模数转换处理等等,那么下位机系统结构包括：数据采集处理模块、处理模块、通信模块.
3.Modbus集成工程应用
在系统集成的工程中,Modbus设备与监控软件间的通信是其一部分,其系统结构配置包括根据工程要求选择系统结构体系,然后选择Modbus设备；对所有主站和从站进行设置地址是至关重要的一点,Modbus寄存器地址通过0、1、3、4四种类型的前导数字标明四种类型的寄存组,它与数据库定义软件组件中数据表有着对应关系,其对应关系是：0xxxx→Digital Output；1xxxx→Digital Input；3xxxx→Input Register；4xxxx→Holding Register.
软件平台中工程的组态和人机界面的开发分为三个步骤：用组态软件对硬件进行组态,并存入数据库；在软件中以图形画面的形式开发出友好的人机界面；在主站上执行人机界面,实现对设备的监控.