现场总线控制系统（FCS）系列：Schneider Electric Modbus (煤炭工业应用)_（5）.煤炭工业中Modbus的数据传输标准.docx

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煤炭工业中Modbus的数据传输标准

Modbus协议简介

Modbus是一种串行通信协议，由Modicon公司（现在的SchneiderElectric）于1979年发明。Modbus协议最初是为工业自动化领域设计的，主要用于控制器与控制器之间以及控制器与设备之间的通信。它的主要特点是简单、可靠、易实现，因此在煤炭工业中得到了广泛的应用。

基本概念

协议类型：Modbus协议有多种类型，包括ModbusRTU、ModbusASCII和ModbusTCP。其中，ModbusRTU是最常用的串行通信协议，适用于RS-485和RS-232通信接口；ModbusTCP是基于以太网的通信协议，适用于现代工业网络。

数据格式：Modbus协议定义了标准的数据帧结构，包括地址、功能码、数据区和校验码。

通信模式：Modbus协议支持主从模式和多主模式。在主从模式下，一个主设备可以与多个从设备通信，从设备只有在收到主设备的请求时才响应。

ModbusRTU协议

数据帧结构

ModbusRTU协议的数据帧结构如下：

地址域(1字节)：标识目标设备的地址，范围为0x00到0xFF。

功能码(1字节)：定义了请求或响应的功能，例如读输入寄存器（功能码0x04）。

数据域(1到252字节)：根据功能码的不同，数据域的内容和长度也会有所不同。

校验域(2字节)：使用CRC（循环冗余校验）进行数据校验，确保数据的完整性。

通信过程

主设备发送请求：主设备通过串行通信接口发送一个包含地址、功能码、数据区和校验码的数据帧。

从设备接收并解析请求：从设备接收到数据帧后，解析地址域、功能码和数据区，根据功能码执行相应的操作。

从设备发送响应：从设备执行完操作后，发送一个包含地址、功能码、数据区和校验码的响应数据帧。

主设备接收并解析响应：主设备接收到响应数据帧后，解析数据并进行处理。

代码示例

以下是一个使用Python编写的ModbusRTU客户端示例，通过串行通信接口读取从设备的输入寄存器。

importserial

importstruct

#串行通信配置

serial_port=/dev/ttyUSB0

baud_rate=9600

timeout=1

#从设备地址

slave_address=0x01

#功能码：读输入寄存器

function_code=0x04

#寄存器起始地址和数量

start_address=0x0000

register_count=2

#打开串行通信端口

ser=serial.Serial(serial_port,baud_rate,timeout=timeout)

#构建请求数据帧

request_data=struct.pack(BBHH,slave_address,function_code,start_address,register_count)

crc=calculate_crc(request_data)#计算CRC校验码

request_frame=request_data+crc

#发送请求

ser.write(request_frame)

#接收响应

response_frame=ser.read(100)#读取100字节数据

#解析响应

iflen(response_frame)=5:#至少包含地址、功能码、数据长度、数据区和校验码

response_address,response_function_code,data_length=struct.unpack(BBB,response_frame[0:3])

ifresponse_address==slave_addressandresponse_function_code==function_code:

data_area=response_frame[3:3+data_length]

crc_received=response_frame[3+data_length:5+data_length]

ifcheck_crc(response_frame[:-2],crc_received):#校验CRC

#解析数据区

register_values=struct.unpack(