现场总线控制系统（FCS）系列：Schneider Electric Modbus (煤炭工业应用)all.docx

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Modbus协议在煤炭工业控制系统中的应用

1.Modbus协议概述

Modbus协议是一种通信协议，广泛应用于工业自动化领域，特别是在现场总线控制系统（FCS）中。它最初由Modicon公司（现为SchneiderElectric的一部分）于1979年开发，用于PLC（可编程逻辑控制器）之间的通信。Modbus协议简单、可靠，支持多种传输介质，包括串行线路（如RS-232、RS-485）和以太网（ModbusTCP）。

2.Modbus协议的基本结构

Modbus协议的基本结构包括以下几个部分：

请求/响应帧：Modbus通信基于主从模型，主设备发送请求帧，从设备响应请求帧。

功能码：定义了请求的类型，如读取寄存器、写入寄存器等。

数据区：包含请求或响应的具体数据，如寄存器地址、数据值等。

错误检测：用于确保数据的完整性，常见的有CRC（循环冗余校验）和LRC（纵向冗余校验）。

3.ModbusRTU与ModbusTCP

3.1ModbusRTU

ModbusRTU是一种基于串行通信的协议，通常使用RS-485或RS-232作为传输介质。其特点是传输速度快、占用带宽小，适用于长距离通信。

请求帧结构：

[设备地址][功能码][起始地址][寄存器数量][CRC]

响应帧结构：

[设备地址][功能码][数据][CRC]

示例代码（Python）：

importserial

importstruct

defmodbus_rtu_request(device_address,function_code,start_address,register_count):

生成ModbusRTU请求帧

:paramdevice_address:设备地址

:paramfunction_code:功能码

:paramstart_address:起始地址

:paramregister_count:寄存器数量

:return:ModbusRTU请求帧

request=struct.pack(BBHH,device_address,function_code,start_address,register_count)

crc=crc16(request)

request+=struct.pack(H,crc)

returnrequest

defcrc16(data):

计算CRC16校验码

:paramdata:请求数据

:return:CRC16校验码

crc=0xFFFF

forbyteindata:

crc^=byte

for_inrange(8):

ifcrc0x0001:

crc=1

crc^=0xA001

else:

crc=1

returncrc

defmodbus_rtu_response(request,data):

生成ModbusRTU响应帧

:paramrequest:请求帧

:paramdata:响应数据

:return:ModbusRTU响应帧

device_address,function_code=struct.unpack(BB,request[:2])

response=struct.pack(BB,device_address,function_code)+data

crc=crc16(response)

response+=struct.pack(H,crc)

returnresponse

#示例：读取寄存器

device_address=1

function_code=3#读取多个寄存器

start_address=0x0001

register_count=2

request_frame=modbus_rtu_request(device_address,function_code,start_