运用ModBus通信协议与PLC的实时通信

三、ModBus 的主要型式

 

ModBus 主要有四种型式：ASCII、RTU、TCP/IP 和 Plus。

 

1、ASCII 型式：采用 ASCII 码进行数据交换，使用纵向冗余校验的校验和（LRC）进行数据

 

校验。

 

2、RTU 型式：采用二进制码进行数据交换，使用循环冗余校验的校验和（CRC）进行数据校

 

验。

 

3、TCP/IP 型式：主要用于以太网，不使用校验和进行数据校验。

 

4、Plus 型式：该型式为 Modicon 公司专有，采用专门的协处理器进行数据处理。 目前，使用zui广泛的型式是 ASCII 和 RTU，主要采用 RS232、RS422、RS485 进行物理连接，

 

其中 RS485 使用zui多。

 

四、ModBus 的结构

 

ModBus 协议是一个 master（主）/slave（从）架构的协议。有一个节点是 master 节点，其他使 用 Modbus 协议参与通信的节点是 slave 节点。每一个 slave 设备都有一个*的地址。ModBus 的 通信比较简单，由 master 发通信指令，指令中含有欲于之通信的 slave 站号。当 master 发指令时， 所有 slave 都处于收听状态，一旦 slave 收听到与自己地址相同的站号时，立刻执行指令的内容，并

回传执行的结果。

 

五、ASCII 型式的 ModBus 通信协议的格式

 

在 ModBus 上通信时，各站点的通信参数必须一致，如：波特率、奇偶校验。 通信时，一个信息字节中的每 8 位分为两个 ASCII 字符进行传输，允许字符传输间隔在 1 秒之

内。

 

1、ASCII 型式每一字节的格式

 

16 进制编码，ASCII 字符（0-9、A-F），即：0x30-0x39、0x41-0x46。

 

1 位开始位、7 位数据位（先低后高）、1 位奇偶校验（无奇偶校验时为 0）、1 位停止位。

 

2、数据错误校验采用纵向冗余校验（LRC）

 

3、通信帧格式（ModBus 命令格式）

 

开始	地址（站号）	功能	数据	校验（LRC）	结束
：（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

 

一个基本的 ModBus 命令，除了开始、校验、结束字符外，还必须有地址项及功能项。地址—

 

—也就是站号，想要被操作的对象（slave 站号）；功能——想要被操作的对象完成的任务。ModBus

 

命令可以没有数据项。

 

 

被操作的对象，在完成所要求的操作后，必须回传一帧信息，传递操作结果。回传信息的格式

与命令格式相同，只是数据内容为操作的结果。

 

六、利用 ModBus，实现 PLC 与电子称重设备的通信

 

为了使大家对 Modbus 有更进一步的了解，下面用例子方式说明如何把电子称重设备接入 PLC 控制系统的 Modbus 总线网络。例子中的称重仪表为上海彩信电子科技有限公司生产的 XK311 增强型仪表。本例中，1 台 PLC 作为主机（master），10 台电子秤作为从机（slave），使用 XK311 增强型仪表作为电子秤显示仪表，从机地址为 70、71、72、....79。通过 RS485 连接 PLC 和各仪 表，采用 ModBus ASCII 通信协议。PLC 可以对各台仪表进行置零、去皮、读取重量等多项操作。 称重系统示意图如图 1 所示，图中的计算机是在系统调试时接入 RS485 总线的，用以观察 RS485

中传输的数据，正常工作时是移除的。

 图 1 称重系统示意图

 

上述系统可实现以下功能：

 

1、正常工作时，PLC 每隔 10 秒轮询一次，获取每台秤的重量。

 

2、当秤台上重量异常时，PLC 会发出警告信息，提示控制室人员注意。

 

3、控制人员可以通过 PLC，对某台秤发出置零、去皮等操作指令。

 

4、PLC 可对各台秤的称量，进行各项统计，生成必要的统计报表。

 

七、ModBus 与局域网互连

 

现在，很多 PLC 都具有局域网接口，通过该接口，就可以远程控制称重系统了。当然，也可 以通过接在 Modbus 总线上的 PC 机，利用 PC 机的软、硬件资源，编制相应的软件，将重量信号传 送到局域网上。若局域网通过路由器接入因特网，很显然重量数据就可以在因特网上传输了。本系 统是通过 PLC 的 DH+网络接入局域网的。当然，网络部分使用的协议，* TCP/IP、NetBEUI。 Modbus 也有相关的 TCP/IP 型式，这里就不再赘述了，大家可以参考相关的书籍。

 

上述的称重系统只是 PLC 的一个子系统，是后期改造的一个项目。其整个 PLC 系统（见图 2） 是采用美国 ROCKWELL 公司的 PLC，共有 5 台 PLC 机箱（采用 PLC5 系列）、4 台工控机和 2 台 服务器、若干台 PC 组成的。PLC 采用 ROCKWELL 公司的 DH+网络连接，使用 DF1 协议；其中 1

 

附录：

 

XK311 增强型仪表的 ModBus 协议格式

 

说明	报头	站号	功能码	首址	数据量	数据值	校验码	报尾
指令	：	xx	xx	xxxx	xxxx	xxxx	LRC	\CR\ LF
回传	：	xx	xx		xx	xxxx	LRC	\CR
								\ LF
出错	：	xx	xx			xx	LRC	\CR
回传			zui高位置 1			错误码		\ LF

 

报头、报尾：所有指令均以冒号（：）开始，以回车符、换行符结束。 站号：2 个 ASCII 码，范围为 01-90（16 进制：0x01-0x）。 功能码：2 个 ASCII 码。

 

02：读继电器输出状态；

 

04：读称量状态（显示值、皮重等）；

 

05：置零操作；

 

06：皮重操作；

 

07：通信测试；

 

08：读定值；

 

09：写定值。

 

首址：4 个 ASCII 码，读写数据的位置。

 

数据量：4 个 ASCII 码，读写数据的数量。

 

数据值：读写的数据。

 

校验码：2 个 ASCII 码，采用 LRC 校验。

 

LRC 校验码运算：报头（：）不参与运算，LRC 在数据之后，在\CR\LF 之前。参加运算的是报 头之后，LRC 之前的所有数据。LRC 为参加运算的数据之和的补码，舍去进位。

 

当仪表执行指令出错时，会回传错误码，并将功能码的zui高位置 1。

 

错误码： 00--接收到的功能码出错； 01--数据地址错； 02--数据数量错；

 

03--数据值错，如：预置皮重大于zui大称量 FS；

 

04--称量为负时去皮；

 

05--不在称重状态时置零；

销售代表：郭晓金       

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