现场总线控制系统（FCS）系列：Schneider Electric Modbus (煤炭工业应用)_（2）.SchneiderElectricModbus技术基础.docx

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SchneiderElectricModbus技术基础

1.Modbus协议概述

Modbus协议是一种通信协议，用于在工业自动化系统中设备之间的数据传输。它最初由Modicon公司在1979年开发，用于连接可编程逻辑控制器（PLC）和远程终端单元（RTU）。Modbus协议因其简单性和可靠性而被广泛采用，尤其是在煤炭工业控制系统中。Modbus协议支持串行通信（如RS-232、RS-485）和以太网通信（如ModbusTCP/IP）。

1.1Modbus协议的基本特点

简单性：Modbus协议的数据报文非常简单，易于理解和实现。

开放性：Modbus是一种公开的标准，任何人都可以免费使用。

兼容性：Modbus协议可以与多种设备和系统兼容，包括PLC、RTU、传感器等。

可靠性：Modbus协议具有良好的错误检测机制，能够确保数据传输的可靠性。

灵活性：Modbus协议支持多种通信方式，包括串行通信和以太网通信。

1.2Modbus协议的数据帧结构

Modbus协议的数据帧结构分为两种：串行通信和以太网通信。

1.2.1串行通信数据帧

串行通信数据帧包括以下几个部分：

地址字节：1字节，表示目标设备的地址。

功能码：1字节，表示请求的功能。

数据区：可变长度，包含实际的数据。

错误检测：2字节，用于检测数据传输的错误（通常是CRC校验）。

数据帧结构示例如下：

[地址字节][功能码][数据区][错误检测]

1.2.2以太网通信数据帧

以太网通信数据帧（ModbusTCP/IP）包括以下几个部分：

事务标识符：2字节，用于标识事务。

协议标识符：2字节，固定为0x0000。

长度：2字节，表示后续数据的长度。

单元标识符：1字节，表示目标设备的地址。

功能码：1字节，表示请求的功能。

数据区：可变长度，包含实际的数据。

数据帧结构示例如下：

[事务标识符][协议标识符][长度][单元标识符][功能码][数据区]

1.3Modbus功能码

Modbus协议定义了多种功能码，每种功能码对应不同的操作。以下是一些常见的功能码：

0x01：读取线圈状态（Coils）。

0x02：读取输入状态（Inputs）。

0x03：读取保持寄存器（HoldingRegisters）。

0x04：读取输入寄存器（InputRegisters）。

0x05：写单个线圈（Coil）。

0x06：写单个保持寄存器（HoldingRegister）。

0x10：写多个保持寄存器（HoldingRegisters）。

0x16：写多个线圈（Coils）。

1.3.1读取保持寄存器（0x03）

读取保持寄存器功能码0x03用于从设备读取多个保持寄存器的值。数据帧结构如下：

[地址字节][0x03][起始地址][寄存器数量][错误检测]

例如，从地址0x0001开始读取10个保持寄存器的值：

#Python代码示例：使用pymodbus库读取保持寄存器

frompymodbus.client.syncimportModbusSerialClientasModbusClient

#创建Modbus客户端

client=ModbusClient(method=rtu,port=/dev/ttyUSB0,baudrate=9600,timeout=1)

#连接到设备

client.connect()

#读取保持寄存器

response=client.read_holding_registers(address=0x0001,count=10,unit=1)

#打印读取结果

ifresponse.isError():

print(Errorreadingregisters)

else:

print(Registers:,response.registers)

#关闭连接

client.close()

1.4Modbus地址分配

Modbus地址分配用于标识不同寄存器和线圈的位置。地址分为以下几个范围：

0x0000-0x0FFF：线圈（Coils），16位二进制值。

0x1000-0x1FFF：输入状态（Inputs），16位二进制值。

0x3000-0x3FFF：输入寄存器（InputRegisters），16位整数值。

0x4000-0x4FFF：保持寄存器（HoldingRegisters），16位整数值。

1.4.1线圈地址分配