工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用及實(shí)踐 課件 項(xiàng)目3-Modbus 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)構(gòu)-任務(wù)3.1

1項(xiàng)目3

Modbus網(wǎng)絡(luò)

控制系統(tǒng)的構(gòu)建任務(wù)1-Modbus通信認(rèn)知任務(wù)2-PLC與溫度控制器的Modbus通信任務(wù)3-PLC與PLC的Modbus通信2項(xiàng)目3

Modbus網(wǎng)絡(luò)

控制系統(tǒng)的構(gòu)建3.1.1Modbus總線認(rèn)知3.1.2ModbusRTU通信任務(wù)3.1-Modbus通信認(rèn)知3.1Modbus認(rèn)知Modbus協(xié)議簡介

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)控制的網(wǎng)絡(luò)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。3.1Modbus認(rèn)知Modbus比其他通信協(xié)議使用的更廣泛的主要原因有:公開發(fā)表并且無版權(quán)要求易于部署和維護(hù)對(duì)供應(yīng)商來說，修改設(shè)備的比特或字節(jié)沒有很多限制Modbus允許多個(gè)(大約240個(gè))設(shè)備連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行通信舉例：測量溫度和濕度的裝置，將結(jié)果發(fā)送給計(jì)算機(jī)。在數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)中，Modbus通常用來連接監(jiān)控計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)(RTU)。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)。包括三種報(bào)文類型：RTUASCIITCP。2.總線分類2.總線分類RTUASCII串口協(xié)議Modbus通信協(xié)議有ModbusRTU，ModbusASCII，ModbusTCP

三種報(bào)文類型。RTU與ASCII均為支持RS-485總線的通信協(xié)議如0X51發(fā)送時(shí)，2種模式分別是2.總線分類RTUASCIIModbusRTU通信效率較高，應(yīng)用比較廣泛。ModbusASCII由于采用ASCII碼傳輸，并且利用特殊字符作為其字節(jié)的開始與結(jié)束標(biāo)識(shí)，其傳輸效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于ModbusRTU協(xié)議，通信效率較高，應(yīng)用比較廣泛通信數(shù)據(jù)量較小的情況下才考慮在工業(yè)現(xiàn)場一般都是采用RTU協(xié)議，大家說的基于串口通信的Modbus通信協(xié)議都是指ModbusRTU通信協(xié)議。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3.通信方式---原理3.通信方式---原理3.通信方式---原理

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—請(qǐng)求-響應(yīng)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。3.2ModbusRTU通信RTU協(xié)議由：幀頭：3.5個(gè)字符地址碼(一個(gè)字節(jié)），功能碼（一個(gè)字節(jié)），起始地址（兩個(gè)字節(jié)），數(shù)據(jù)（N個(gè)字節(jié)），校驗(yàn)碼（兩個(gè)字節(jié)）幀尾：3.5個(gè)字符五個(gè)部分組成（去掉頭尾）1、RTU協(xié)議組成3.2ModbusRTU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。2、RTU協(xié)議幀結(jié)構(gòu)3.2ModbusRTU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。3.2ModbusRTU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(qǐng)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。3.2ModbusRTU通信3）數(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。3.2ModbusRTU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。3.2ModbusRTU通信[設(shè)備地址][功能碼01][起始寄存器地址高8位][低8位][讀取的寄存器數(shù)高8位][低8位]

[CRC校驗(yàn)的低8位][CRC校驗(yàn)的高8位]3、RTU協(xié)議-數(shù)據(jù)幀協(xié)議中較常使用的功能碼是1、2、3、4、5、6號(hào)功能碼完成主站對(duì)從站的數(shù)字量和模擬量的讀寫操作。例：[11][01][00][13][00][25][CRC低][CRC高]主站向從站發(fā)送命令（下行指令）：(1)功能碼01，讀數(shù)字量寄存器(線圈狀態(tài))：3.2ModbusRTU通信

當(dāng)從站接收到這串?dāng)?shù)據(jù)后，計(jì)算CRC校驗(yàn)，判斷數(shù)據(jù)是否正確，如果判斷數(shù)據(jù)無誤，則返回信息給主站，返回的信息格式如下：(2)功能碼03，主站對(duì)從站讀數(shù)據(jù)操作主站向從站發(fā)送命令（下行指令）：01

03

0001

0001

D5CA

從機(jī)地址

功能號(hào)

數(shù)據(jù)地址

讀取數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)

CRC校驗(yàn)單位：字3.2ModbusRTU通信(2)功能碼03，主站對(duì)從站讀數(shù)據(jù)操作

01

03

02

0017

F84A

從機(jī)地址

功能號(hào)

數(shù)據(jù)字節(jié)個(gè)數(shù)

兩個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)

CRC校驗(yàn)

MODBUS主站完成了一次對(duì)從站數(shù)據(jù)的讀操作，從站地址0001的數(shù)據(jù)為0017，完成了通信。從站響應(yīng)（上行幀）：3.2ModbusRTU通信(3)功能碼06，主站對(duì)從站寫數(shù)據(jù)操作主站向從站發(fā)送命令（下行指令）：01

06

0001

0017