工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用及實(shí)踐 課件 傅仁軒 項(xiàng)目2、3 Profibus網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)構(gòu)建、Modbus 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)構(gòu)

1項(xiàng)目2：Profibus網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

構(gòu)建與運(yùn)行任務(wù)3-S7-1200與S7-1500之間的

Profibus控制系統(tǒng)構(gòu)建與運(yùn)行任務(wù)1-

Profibus現(xiàn)場總線認(rèn)知任務(wù)2-S7-1200PLC之間的

Profibus控制系統(tǒng)構(gòu)建與運(yùn)行22.1.1

Profibus現(xiàn)場總線認(rèn)知2.1.2Profibus傳輸技術(shù)2.1.3PROFIBUS-DP系統(tǒng)配置和設(shè)備類型項(xiàng)目2：Profibus網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

構(gòu)建與運(yùn)行任務(wù)2-1

Profibus現(xiàn)場總線認(rèn)知2.1.1

PROFIBUS現(xiàn)場總線認(rèn)知1、概述作用：Profibus是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制，為實(shí)現(xiàn)工廠自動化和現(xiàn)場設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。適用行業(yè)：制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通、電力等其他領(lǐng)域自動化。PROFIBUS是一種國際化、開放式、

不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。2、PROFIBUS分類由三個(gè)兼容部分組成。

PROFIBUS-DP（DistributedPeriphery，分布式外圍設(shè)備）

PROFIBUS-PA(ProcessAutomation，過程自動化)

PROFIBUS-FMS(FieldbusMessageSpecification，現(xiàn)場總線報(bào)文規(guī)范)。主要使用主-從方式通常周期性地與傳動裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。2.1.1

PROFIBUS現(xiàn)場總線認(rèn)知3、PROFIBUS的通信協(xié)議PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498國際標(biāo)準(zhǔn)，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（OpenSystemInterconnection-OSI）作為參考模型的。該模型共有七層：（1）PROFIBUS–DP：定義了第一、二層和用戶接口。第三到七層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，并詳細(xì)說明了各種不同PROFIBUS－DP設(shè)備的設(shè)備行為。PROFIBUS–DP是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。使用PROFIBUS－DP可取代24VDC或4－20mA信號傳輸2.1.1

PROFIBUS現(xiàn)場總線認(rèn)知3、PROFIBUS的通信協(xié)議PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498國際標(biāo)準(zhǔn)，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（OpenSystemInterconnection-OSI）作為參考模型的。該模型共有七層：2.1.1

PROFIBUS現(xiàn)場總線認(rèn)知3、PROFIBUS的通信協(xié)議（3）PORFIBUS－PA：根據(jù)IEC1158－2標(biāo)準(zhǔn)，PA的傳輸技術(shù)可確保其本征安全性，而且可通過總線給現(xiàn)場設(shè)備供電。使用連接器可在DP上擴(kuò)展PA網(wǎng)絡(luò)。PORFIBUS－PA專為過程自動化設(shè)計(jì)，可使傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)在一根總線上，并有本征安全規(guī)范。PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498國際標(biāo)準(zhǔn)，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（OpenSystemInterconnection-OSI）作為參考模型的。該模型共有七層：2.1.1

PROFIBUS現(xiàn)場總線認(rèn)知4、PROFIBUS的數(shù)據(jù)鏈路層PROFIBUS-DP、FMS、PA均采用一樣的總線存取控制技術(shù)，通過OSI參考模型第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）來實(shí)現(xiàn)的，它包括保證數(shù)據(jù)可靠性技術(shù)及傳輸協(xié)議和報(bào)文處理。在PROFIBUS中，第2層稱之為現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層（FDL，F(xiàn)ieldbusDataLink）。介質(zhì)存取控制（MAC，MediumAccessControl）具體控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦?，MAC必須確保在任何一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。2.1.1

PROFIBUS現(xiàn)場總線認(rèn)知4、PROFIBUS的數(shù)據(jù)鏈路層

PROFIBUS主站之間采用令牌傳送方式，

主站與從站之間采用主從方式。

令牌傳遞程序保證每個(gè)主站在一個(gè)確切規(guī)定的時(shí)間內(nèi)得到總線存取權(quán)（令牌），令牌在所有主站中循環(huán)一周的最長時(shí)間是事先規(guī)定的。在PROFIBUS中，令牌傳遞僅在各主站之間進(jìn)行。主站得到總線存取令牌時(shí)可依照：主-從通信關(guān)系表與所有從站通信，向從站發(fā)送或讀取信息。主-主通信關(guān)系表與所有主站通信。2.1.1

PROFIBUS現(xiàn)場總線認(rèn)知2.1.2

PROFIBUS傳輸技術(shù)

PROFIBUS提供了三種數(shù)據(jù)傳輸類型：

1.用于DP和FMS的RS485傳輸。

2.用于PA的IEC1158-2傳輸。

3.光纖1.用于DP/FMS的RS485傳輸技術(shù)

由于DP與FMS系統(tǒng)使用了同樣的傳輸技術(shù)和統(tǒng)一的總線訪問協(xié)議，因而，這兩套系統(tǒng)可在同一根電纜上同時(shí)操作。

RS-485傳輸是PROFIBUS最常用的一種傳輸技術(shù)。采用的電纜是屏蔽雙絞銅線。2.RS485的傳輸過程

Profibus的連接器上除了有一個(gè)220歐姆（Ω）的終端電阻外，還包括一個(gè)390歐姆（Ω）的上拉電阻和一個(gè)390歐姆（Ω）的下拉電阻。其中，上拉電阻（390Ω）與針腳6（VP，+5V）相連接，下拉電阻（390Ω）與針腳5（GND，0V）相連接，終端電阻（220Ω）通過總線連接器的開關(guān)與其它兩個(gè)電阻相連在Profibus的網(wǎng)絡(luò)中，上拉電阻和下拉電阻作為終端電阻的補(bǔ)充，可以保證在沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，兩根數(shù)據(jù)線之間的電壓差趨于一個(gè)固定值，從而消除干擾數(shù)據(jù)。2.RS485的傳輸過程

下圖是帶終端電阻的Profibus總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖：2.RS485的傳輸過程

·站點(diǎn)數(shù)：每分段32個(gè)站（不帶中繼），可多到126（127廣播地址）個(gè)站（帶中繼）3.用于PA的IEC1158-2傳輸技術(shù)

IEC1l58-2的傳輸技術(shù)用于PROFIBUS-PA，能滿足化工和石油化工業(yè)的要求。它可保持其本質(zhì)安全性，并通過總線對現(xiàn)場設(shè)備供電。IEC1158-2是一種位同步協(xié)議，可進(jìn)行無電流的連續(xù)傳輸，通常稱為H1

IEC1158－2原理：①．每段只有一個(gè)電源作為供電裝置。②．當(dāng)站收發(fā)信息時(shí)，不向總線供電。③．每站現(xiàn)場設(shè)備所消耗的為常量穩(wěn)態(tài)基本電流。④．現(xiàn)場設(shè)備其作用如同無源的電流吸收裝置。⑤．主總線兩端起無源終端線作用。⑥．允許使用線性．樹型和星型網(wǎng)絡(luò)。⑦．為提高可靠性，設(shè)計(jì)時(shí)可采用冗余的總線段。⑧．為了調(diào)制的目的，假設(shè)每個(gè)部線站至少需用10mA基本電流才能使設(shè)備啟動。通信信號的發(fā)生是通過發(fā)送設(shè)備的調(diào)制，從±9mA到基本電流之間。3.用于PA的IEC1158-2傳輸技術(shù)

IEC1158－2傳輸技術(shù)特性：①．?dāng)?shù)據(jù)傳輸：數(shù)字式．位同步．曼徹斯特編碼。②．傳輸速率：31.25Kbit/s，電壓式。③．?dāng)?shù)據(jù)可靠性：前同步信號,采用起始和終止限定符避免誤差。④．電纜：雙絞線，屏蔽式或非屏蔽式。⑤．遠(yuǎn)程電源供電：可選附件，通過數(shù)據(jù)線。⑥．防爆型：能進(jìn)行本征及非本征安全操作。⑦．拓?fù)洌壕€型或樹型，或兩者相結(jié)合。⑧．站數(shù)：每段最多32個(gè)，總數(shù)最多為126個(gè)。⑨．中繼器：最多可擴(kuò)展至4臺。4.光纖傳輸技術(shù)

PROFIBUS系統(tǒng)在電磁干擾很大的環(huán)境下應(yīng)用時(shí)，可使用光纖導(dǎo)體，以增加高速傳輸?shù)木嚯x。許多廠商提供專用總線插頭，將RS-485信號轉(zhuǎn)換成光纖導(dǎo)體信號或?qū)⒐饫w導(dǎo)體信號轉(zhuǎn)換成RS-485信號。兩種光纖導(dǎo)體：一種是價(jià)格低廉的塑料纖維導(dǎo)體，距離小于50m；另一種是玻璃纖維導(dǎo)體，距離小于1km。單模光纖（SMF）單模光纖運(yùn)行在100M/s或1G/s的數(shù)據(jù)速率，傳輸距離都可以達(dá)到至少15km。單模光纖用于遠(yuǎn)程信號傳輸。

多模光纖（MMF）主要用于短距離的光纖通信，如在建筑物內(nèi)或校園里。典型的傳輸速度是100M/s，傳輸距離，1G/s可達(dá)1000m，10G/s可達(dá)550m。2.1.3PROFIBUS系統(tǒng)配置和設(shè)備類型1.設(shè)備分類(2)單一總線型:(3)混合型：(1)總線接口型:根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備是否具備Profibus接口可分為三種形式：2.1.3PROFIBUS系統(tǒng)配置和設(shè)備類型1.設(shè)備分類根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備是否具備Profibus接口可分為三種形式：(1)總線接口型:現(xiàn)場設(shè)備不具備Profibus接口，采用分散式I/O作為總線接口與現(xiàn)場設(shè)備連接。2.1.3PROFIBUS系統(tǒng)配置和設(shè)備類型1.設(shè)備分類根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備是否具備Profibus接口可分為三種形式：(2)單一總線型:現(xiàn)場設(shè)備都具備Profibus接口。這種一種理想情況?？墒褂矛F(xiàn)場總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)完全的分布式結(jié)構(gòu)，可充分獲得這一先進(jìn)技術(shù)所帶來的利益。新建項(xiàng)目可能具有這種條件，就目前來看，這種方案設(shè)備成本會較高2.1.3PROFIBUS系統(tǒng)配置和設(shè)備類型1.設(shè)備分類根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備是否具備Profibus接口可分為三種形式：(3)混合型：現(xiàn)場設(shè)備部分具備Profibus接口。這將是一種相當(dāng)普遍的情況。2.1.3PROFIBUS系統(tǒng)配置和設(shè)備類型1.設(shè)備分類(2)2類主站（DPM2）:(3)從站：(1)1類主站（DPM1）:根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備在控制系統(tǒng)中的作用可分為三種形式：2.1.3PROFIBUS系統(tǒng)配置和設(shè)備類型

1)一級DP主站（DPM1）：

一級DP主站是中央控制器，

它在預(yù)定的信息周期內(nèi)與分散的站（如DP從站）交換信息。典型的DPM1如PLC或PC1.設(shè)備分類2)二級DP主站（DPM2）：二級DP主站是編程器、組態(tài)設(shè)備或操作面板，在DP系統(tǒng)組態(tài)操作時(shí)使用，完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的。

3)DP從站：DP從站是進(jìn)行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設(shè)備（I/O設(shè)備、驅(qū)動器、HMI、閥門等）。

2.1.3PROFIBUS系統(tǒng)配置和設(shè)備類型在同一總線上最多可連接126（127廣播地址）個(gè)站點(diǎn)。系統(tǒng)配置的描述包括：站數(shù)站地址輸入/輸出地址輸入/輸出數(shù)據(jù)格式等。2、PROFIBUS控制系統(tǒng)配置任務(wù)2-S7-1200PLC之間的Profibus控制系統(tǒng)構(gòu)建與運(yùn)行項(xiàng)目2：Profibus網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

構(gòu)建與運(yùn)行2.2.1Profibus-DP系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Profibus-DP用于現(xiàn)場設(shè)備級的高速數(shù)據(jù)傳送。在同一總線上最多可連接126（127廣播地址）個(gè)站點(diǎn)。系統(tǒng)配置包括：站數(shù)、站地址、輸入/輸出地址、輸入/輸出數(shù)據(jù)格式、診斷信息格式及所使用的總線參數(shù)。Profibus-DP系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)有單主站系統(tǒng)和多主站系統(tǒng)。Profibus-DP單主站系統(tǒng)中，在總線系統(tǒng)運(yùn)行階段，只有一個(gè)活動主站，右圖所示為Profibus-DP單主站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，PLC作為主站。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。任務(wù)2-S7-1200PLC之間的Profibus控制系統(tǒng)構(gòu)建與運(yùn)行項(xiàng)目2：Profibus網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

構(gòu)建與運(yùn)行Profibus-DP多主站系統(tǒng)中總線上連有多個(gè)主站?？偩€上的主站與各自從站構(gòu)成相互獨(dú)立的子系統(tǒng)，如圖所示為Profibus-DP多主站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，任何一個(gè)主站均可讀取DP從站的輸入／輸出映像，但只有一個(gè)DP主站允許對DP從站寫入數(shù)據(jù)。任務(wù)2-S7-1200PLC之間的Profibus控制系統(tǒng)構(gòu)建與運(yùn)行項(xiàng)目2：Profibus網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

構(gòu)建與運(yùn)行Profibus-DP的數(shù)據(jù)通信分為4個(gè)階段：主從站的初始化、令牌環(huán)的建立、主站與從站通信的初始化、交換用戶數(shù)據(jù)通信。

2.2.2Profibus-DP系統(tǒng)的工作過程任務(wù)2-S7-1200PLC之間的Profibus控制系統(tǒng)構(gòu)建與運(yùn)行項(xiàng)目2：Profibus網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

構(gòu)建與運(yùn)行2.2.3S7-1200Profibus-DP

電氣連接及特性數(shù)據(jù)特性數(shù)據(jù)參數(shù)傳輸速率9.6Kbps到12MbpsPROFIBUSDP地址范圍0到126（127廣播地址）

0一般用于編程設(shè)備

1一般用于操作員站；

126為不具有開關(guān)設(shè)置，必須通過網(wǎng)絡(luò)重新尋址的出廠設(shè)備保留；

126（127廣播地址）

用于廣播；

DP設(shè)備的有效地址范圍是2到125S7-1200DP主站數(shù)據(jù)區(qū)的大小最大1024字節(jié)

輸入?yún)^(qū)最大512字節(jié)，輸出區(qū)最大512字節(jié)。S7-1200DP從站數(shù)據(jù)區(qū)的大小輸入?yún)^(qū)最大240字節(jié)，輸出區(qū)最大240字節(jié)，每個(gè)DP從站的診斷數(shù)據(jù)區(qū)最大240字節(jié)。項(xiàng)目2：Profibus網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

構(gòu)建與運(yùn)行2.2.4S7-1200PLC之間的Profibus-DP控制系統(tǒng)構(gòu)建1、控制要求采用Profibus-DP通信方式實(shí)現(xiàn)S7-1200和S7-1200之間的數(shù)據(jù)通信。分析：S7-1200自身不帶Profibus-DP接口，但通過添加CM1243-5DP主站模塊和CM1242-5DP從站模塊構(gòu)建Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)。2、系統(tǒng)配置系統(tǒng)為單主站Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，系統(tǒng)配置如圖所示，系統(tǒng)主站與從站之間通過Profibus連接，構(gòu)成單主站形式的Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。項(xiàng)目2：Profibus網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

構(gòu)建與運(yùn)行2.2.4S7-1200PLC之間的Profibus-DP控制系統(tǒng)構(gòu)建3、系統(tǒng)創(chuàng)建過程（1）設(shè)備組態(tài)在博圖軟件中創(chuàng)建新項(xiàng)，添加2個(gè)S7-1215PLC，分別命名為DP主站、DP從站。（2）主站的組態(tài)（3）從站的組態(tài)（4）Profibus網(wǎng)絡(luò)連接（5）Profibus網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信區(qū)域的建立任務(wù)3S7-1200與S7-1500PLC之間的

Profibus控制系統(tǒng)構(gòu)建與運(yùn)行項(xiàng)目2：Profibus網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

構(gòu)建與運(yùn)行2）PROFIBUS通信模塊CM1542-53）通信處理器CP1542-5CM1542-5/CP1542-5既可被組態(tài)為DP主站，也可被組態(tài)為DP從站，但是不能同時(shí)作為DP主站和DP從站使用。S7-1500的PROFIBUSDP通信可通過三種方式實(shí)現(xiàn)：1）集成DP接口的CPUCPU1516/CPU1517/CPU1518集成的PROFIBUSDP接口只能被組態(tài)為DP主站，不能被組態(tài)為DP從站。任務(wù)3S7-1200與S7-1500PLC之間的

Profibus控制系統(tǒng)構(gòu)建與運(yùn)行任務(wù)3S7-1200與S7-1500PLC之間的

Profibus控制系統(tǒng)構(gòu)建與運(yùn)行（1）打開DP主站的硬件組態(tài)界面進(jìn)行下步操作任務(wù)3S7-1200與S7-1500PLC之間的

Profibus控制系統(tǒng)構(gòu)建與運(yùn)行（1）打開DP主站的硬件組態(tài)界面進(jìn)行下步操作編譯保存任務(wù)3S7-1200與S7-1500PLC之間的

Profibus控制系統(tǒng)構(gòu)建與運(yùn)行(2)打開DP從站的硬件組態(tài)界面操作拖動到從站硬件組態(tài)中任務(wù)3S7-1200與S7-1500PLC之間的

Profibus控制系統(tǒng)構(gòu)建與運(yùn)行(2)打開DP從站的硬件組態(tài)界面操作選擇主站連接的Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)任務(wù)3S7-1200與S7-1500PLC之間的

Profibus控制系統(tǒng)構(gòu)建與運(yùn)行(2)打開DP從站的硬件組態(tài)界面操作任務(wù)3S7-1200與S7-1500PLC之間的

Profibus控制系統(tǒng)構(gòu)建與運(yùn)行(3)任務(wù)3S7-1200與S7-1500PLC之間的

Profibus控制系統(tǒng)構(gòu)建與運(yùn)行42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43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，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)的動作。3.通信方式—請求-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)請求發(fā)送，通過功碼告訴從機(jī)執(zhí)行什么動作；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號功能碼完成主站對從站的數(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

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，主站對從站讀數(shù)據(jù)操作

01

03

02

0017

F84A

從機(jī)地址

功能號

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

9804

從機(jī)地址

功能號

數(shù)據(jù)地址

數(shù)據(jù)

CRC校驗(yàn)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，如果數(shù)據(jù)無誤，則結(jié)果是：

HoldDataReg[1]

=

0x0017;66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67項(xiàng)目3

Modbus網(wǎng)絡(luò)

控制系統(tǒng)的構(gòu)建任務(wù)2-PLC與溫度控制器的Modbus通信

主站：1215

從站：溫度控制器溫度控制器BAG主要任務(wù)：PLC中顯示溫度的數(shù)據(jù)硬件連線生成一個(gè)名為“ModbusRTU通信”的項(xiàng)目，主站PLC_1為1215C。

打開主站PLC_1的設(shè)備視圖，將CM1241（RS485/422）模塊拖放到101號槽。1、

ModbusRTU主站的硬件組態(tài)打開設(shè)備視圖，添加S7-1215CPU，并在硬件目錄里找到“通信模塊”→“點(diǎn)到點(diǎn)”→“CM1241(RS422/485)”拖拽此模塊至CPU左側(cè)，如右圖所示：1、

ModbusRTU主站的硬件組態(tài)1、

ModbusRTU主站的硬件組態(tài)在“設(shè)備視圖”中用鼠標(biāo)選中CM1241(RS422/485)模塊，在“屬性”→“端口組態(tài)”中配置此模塊硬件接口參數(shù)，本例以傳輸率=9.6Kbps，奇偶校驗(yàn)=無奇偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位=8位字符，停止位=1為例。如CM1241端口組態(tài)設(shè)置如圖所示：1、

ModbusRTU主站的硬件組態(tài)S7-1200還提供了系統(tǒng)和時(shí)鐘存儲器功能，為了便于后續(xù)指令，建議使能該功能。在CPU“屬性”→“常規(guī)”→“系統(tǒng)和時(shí)鐘存儲器”使能系統(tǒng)和時(shí)鐘存儲器功能，如圖所示。圖7.系統(tǒng)和時(shí)鐘存儲器功能

2、主站PLC_1編程生成DB1和DB2分別命名BF_OUT、BF_IN；每個(gè)數(shù)據(jù)塊生成各有10個(gè)字元素的數(shù)組，分別命名“TO從站”、“From從站”3、

生成初始化程序塊OB100在OB100中給要發(fā)送的DB1中的10個(gè)字賦初值16#1111，將保存接收到的數(shù)據(jù)的DB2中的10個(gè)字清零。

4．初始化modbus指令，Modbus_Comm_Load指令組態(tài)通信接口。REQ：請求信號，PORT：通信端口的硬件標(biāo)識符，

BAUD：波特率9600bpsPARITY：奇偶校驗(yàn)位，為0，不使用奇偶校驗(yàn)校驗(yàn)。RESP_TO：響應(yīng)超時(shí)時(shí)間1000ms，MB_DB：Modbus_Master函數(shù)塊的背景數(shù)據(jù)塊中的靜態(tài)變量，

DONE：1表示指令執(zhí)行完且沒有出錯(cuò)。ERROR：1表示檢測到錯(cuò)誤STATUS：是錯(cuò)誤代碼。5．OB1中調(diào)用Modbus_Master指令

該指令用于Modbus主站與指定的從站通信。主站可訪問一個(gè)或多個(gè)從站。在OB1中兩次調(diào)用該指令，1）讀取1號從站中Modbus地址從40001開始的10個(gè)字的數(shù)據(jù)，保存到主站的DB2中；2）將主站DB1中的10個(gè)字的數(shù)據(jù)寫入從站的Modbus地址從40011開始的10個(gè)字中。6．O