电力系统通信软件：Modbus二次开发_（2）.Modbus通信原理.docx

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Modbus通信原理

1.Modbus协议概述

Modbus协议是一种广泛应用于工业自动化领域的通信协议，最初由Modicon公司在1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）而开发。Modbus协议采用主从模式，支持多种传输介质，包括串行通信（如RS-232、RS-485）和以太网通信（如ModbusTCP）。其主要特点包括简洁、可靠和易于实现，这使得它在电力系统通信中得到了广泛应用。

1.1Modbus协议的版本

Modbus协议主要有两个版本：

ModbusRTU（RemoteTerminalUnit）：适用于串行通信，使用二进制编码方式，传输效率较高。

ModbusASCII：也适用于串行通信，使用文本编码方式，便于调试和故障排除。

ModbusTCP：适用于以太网通信，基于TCP/IP协议，提供了更高的传输速率和更丰富的功能。

1.2Modbus协议的基本框架

Modbus协议的基本框架包括以下几个部分：

地址：标识通信设备的唯一地址。

功能码：指示具体的通信请求类型，如读取输入寄存器、写入单个寄存器等。

数据域：包含具体的通信数据。

校验码：用于确保数据传输的准确性，不同版本的Modbus协议使用不同的校验方式。

1.3Modbus协议的通信模式

Modbus协议采用主从通信模式：

主设备：发起通信请求的设备，通常是一个监控系统或计算机。

从设备：响应通信请求的设备，通常是PLC或其他智能设备。

2.ModbusRTU通信原理

2.1ModbusRTU帧格式

ModbusRTU帧格式如下：

字段|长度（字节）|描述|

|——|————–|——|

设备地址|1|从设备的地址（0x01-0xFF）|

功能码|1|指示通信请求类型|

数据|n|具体的通信数据，长度根据功能码和请求内容而定|

校验码|2|采用CRC（循环冗余校验）|

2.1.1设备地址

设备地址用于标识从设备，通常是一个1字节的值。主设备通过设置从设备的地址来与特定的从设备进行通信。

2.1.2功能码

功能码用于指示具体的通信请求类型。常见的功能码包括：

0x01：读取线圈状态

0x02：读取输入状态

0x03：读取保持寄存器

0x04：读取输入寄存器

0x05：写单个线圈

0x06：写单个保持寄存器

0x10：写多个保持寄存器

2.1.3数据

数据字段包含具体的通信数据，其长度和内容根据功能码而定。例如，读取保持寄存器的功能码0x03需要指定起始寄存器地址和寄存器数量。

2.1.4校验码

ModbusRTU采用CRC（循环冗余校验）进行校验，以确保数据的准确性。CRC校验码是一个2字节的值，通常位于帧的末尾。

2.2ModbusRTU通信过程

ModbusRTU通信过程包括以下几个步骤：

主设备发送请求帧：主设备构造一个请求帧并发送给从设备。

从设备接收请求帧：从设备接收主设备发送的请求帧，并进行校验。

从设备处理请求：从设备根据请求帧中的功能码和数据内容进行相应的处理。

从设备发送响应帧：从设备构造一个响应帧并发送回主设备。

主设备接收响应帧：主设备接收从设备发送的响应帧，并进行校验。

2.3ModbusRTU示例

以下是一个读取保持寄存器的ModbusRTU通信示例：

2.3.1请求帧

假设主设备要读取从设备地址为0x01的保持寄存器，起始地址为0x0000，读取4个寄存器。

#构造请求帧

device_address=0x01#从设备地址

function_code=0x03#功能码：读取保持寄存器

start_address=0x0000#起始地址

register_count=0x0004#寄存器数量

#构造数据部分

data=start_address.to_bytes(2,byteorder=big)+register_count.to_bytes(2,byteorder=big)

#计算CRC校验码

defcalculate_crc(data):

crc=0xFFFF

forbyteindata:

crc^=byte

for_inrange(8):

ifcrc0x0001:

crc=1

crc^=0xA001

else:

crc=1

returncrc.