工业网络控制技术 项目9 Modbus通信应用.ppt

目前更多的现场设备使用ModbusRTU，但ModbusTCP正在迎头赶上。压力变送器、流量计和气体分析仪使用ModbusRTU。PLC、DCS和控制室设备使用ModbusTCP。一些通过互联网与网络服务器通信的设备使用ModbusTCP。在进行Modbus通信应用时，需要采用通信协议支持功能，学习者常常对于如何配置Modbus网络以及编制协议感到困惑，不能深入理解。本任务带着大家解读Modbus中最常用的功能代码，用虚拟仿真软件模拟主站的发送请求（查询）以及从站的发送响应（响应）动作，直观感受查询字节流和响应字节流（设备地址、功能代码、数据字节、错误检查）的传输，如图为将要模拟的事件，主站PLC3通过Modbus网络读取从站PLC1压了和温度数据，主站向从站PLC2发送执行指令让阀1和阀2动作。Modbus是一种请求/应答协议，提供由功能代码指定的服务。Modbus事务处理的过程如下：主机设备（客户端）创建Modbus应用数据单元形成查询报文，其中功能码标志了向从机设备（服务器端）指示将执行哪种操作。功能码占用一个字节，有效的码字范围是十进制1～255（其中128～255为异常响应保留）。查询报文创建完毕，主机设备（客户端）向从机设备（服务器端）发送报文，从机设备（服务器端）接收报文后，根据功能码做出相应的动作，并将响应报文返回给主机设备（客户端）。如果出现与请求Modbus功能有关的差错，那么响应报文的功能码域将包括一个异常码。主机设备（客户端）能够根据异常码确定下一个执行的操作。对于异常响应，从机设备（服务器端）将返回一个与原始功能码等同的码值，但设置该原始功能码的最高有效位为逻辑1，用于通知主机设备（客户端）。Modbus协议是包括ASCII、RTU、TCP三种报文类型。这里仅介绍RTU模式帧格式。查询和响应字节流中的字节具有不同的功能，查询和响应字节流根据其用途分为四个部分。这四个部分为设备地址、功能码、8位数据字节和错误检查。每个部分都有不同的用途。字节流的这个设备地址部分只有一个字节长；功能代码部分也只有一个字节长；如图所示，主站发送给从站的实际查询，从站发送了一个响应回到主站。字节流最后部分查询字节流的错误检查部分，电干扰或物理干扰或其他会干扰RS-485通信，对通信介质的干扰会导致数据错误。错误检查用于检测和处理这些可能的干扰，以确保主从通信可靠地传输数据。如果一个设备是与Modbus协议兼容的，它必须有一部分专用于Modbus内存服务，该内存区域称为Modbus存储区。Modbus存储区分为四个区域，分别是线圈、输入，输入寄存器，保持寄存器。1）线圈区域的内存地址从1到10000，因此线圈区域有10000个1位的内存块。线圈区域用于存储离散输出的数字数据2）输入区域的内存地址从10001到20000，这个区域也有一万个一位的内存块。输入区域用于存储离散输入的数字数据。3）输入寄存器的内存地址从30001到40000，所以有10000个16位的内存块。输入寄存器用于模拟输入。4）保持寄存器的内存地址从40001到50000，同样是10000个16位的内存块。保持寄存器用于模拟输出。线圈读取、输入读取、保持寄存器读取、输入寄存器读取、单个线圈写入、单个寄存器写入。每个功能代码名都有一个与其相关联的数字。根据Modbus标准，功能代码编号是1、2、3、4、5、6。推荐的两款软件工具是Modscan32和Modsim32，下载地址如图提示。Modscan32是Modbus主站模拟器，Modsim32是Modbus从站模拟器。Modscan32用作Modbus主站从Modbus从站读取数据。第三个软件虚拟串口用来创建虚拟Modbus网络。双击虚拟串行端口应用程序，在应用界面建立起一个从COM3到COM4的虚拟连接虚拟的Modbus网络，让Modscan64与Modsim64交换数据。设置Modscan主站通信参数，包括波特率、字长度、奇偶校验、停止位、协议选择。注意主站和从站通信参数设置要一致。Modbus主站从Modbus从站获取数据，必须知道从站单元ID和寄存器地址。还记得前面的一个例子吗？主站要从ID为22的从站获取30019的压力。Modbus主站模拟器内要设置连接到ID22，所以输入从站ID号。起始地址为30019，用于标志要正确读取的地址块的起始地址。请注意，3是表示不同功能的代码，下拉列表有0、1、2、3、4，选择4输入寄存器读取，要把19放在地址栏中，读取数据长度为1，在长度栏中填入1。这样Modbus主站，启动单元ID22，地址为19，长度为1的寄存器。注意，这里没有输入30019，因为当我们选择输入寄存器时，软件会将30