数字化网络化智能技术：生产系统网络与通信 课件第3章 Modbus工业现场总线及应用.pptx

第3章Modbus工业现场总线及应用演讲人

1Modbus总线概述Modbus是由Modicon，现为施耐德电气公司的一个品牌，它在1979年被发明，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。为更好地普及和推动Modbus在基于以太网上的分布式应用，目前施耐德公司已将Modbus协议的所有权移交给IDA（InterfaceforDistributedAutomation，分布式自动化接口）组织，并成立了Modbus-IDA组织，为Modbus今后的发展奠定了基础。在中国，Modbus已经成为国家标准，标准号为GB/T19582-2008。据不完全统计，截止到2007年，Modbus的节点安装数量已经超过了1000万个。

1Modbus总线概述Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络，例如以太网和其它设备之间可以通讯。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通讯的。

Modbus是一个master/slave架构的协议，有一个节点是master节点，其它使用Modbus协议参与通信的节点是slave节点，每一个slave设备都有一个唯一的地址。只有被指定为master节点的节点可以启动一个命令。所有的Modbus数据帧包含了校验码，保证传输的正确性。基本的Modbus命令能通过指令改变一个slave设备寄存器的某个值，控制或者读取一个I/O端口，以及命令设备回送一个或者多个其寄存器中的数据。

1Modbus总线概述ModbusRTU和ModbusASCII是Modbus的两种基本模式，主要用于串行通信领域，而ModbusTCP则常用于以太网通信。Modbus已经成为工业领域通信协议标准，并且现在是工业电子设备之间相当常用的连接方式。

标准的Modbus口是使用RS-232C兼容串行接口，它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。目前可以使用不同的传输方式实现Modbus，包括以太网上的TCP/IP、EIA/TIA-232-E、EIA-422、EIA/TIA-485-A、光纤、无线等等。经典的Modbus串行通信结构模型如图3-1所示。

1Modbus总线概述图3-1经典的Modbus串行通信结构模型

2Modbus通信协议2.1Modbus通信模型Modbus协议并没有规定用于数据传输的具体物理形式，可以使用多种电气接口模式。它主要描述的是应用层，利用协议的支持可以使它不同总线、设备种进行数据传输。Modbus通信模型基于主从架构，其中主站设备发送请求并控制通信过程，而其它从站设备响应请求并提供数据。在Modbus通讯模型中，主站负责发送读取和写入数据的请求，而从站则响应这些请求并提供所需的数据。通常，Modbus使用串行通信方式常见的如RS-485或以太网通信来实现数据传输。Modbus通信模型通常包括以下几个方面的内容：

1.寻址：每个从站都有一个唯一的地址，主站通过这个地址来识别和通信。

2.功能码：用于指示请求的功能类型，如读取数据、写入数据等。

3.数据格式：包括数据的编码方式、数据位、校验方式等。

2Modbus通信协议2.1Modbus通信模型4.帧格式：定义了通信数据包的结构，包括起始位、地址位、功能码、数据和校验位等。

Modbus协议定义了一个控制器能识别使用的消息结构，与采用何种网络进行通信无关。整个消息结构描述了控制器请求访问其它设备的过程，如图3-2所示。

图3-2Modbus协议消息结构

2Modbus通信协议2.1Modbus通信模型它描述了控制器请求访问其它设备的过程，如何回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。

Modbus通讯模型提供了一种简单而有效的方式来实现设备之间的数据交换和通信。Modbus通讯模型如图3-3所示。

图3-3Modbus通讯模型

2Modbus通信协议2.2Modbus的数据传输分类Modbus协议是一种应用层报文传输协议，包括ASCII、ＲTU、TCP三种报文类型，协议本身并没有定义物理层，只是定义了控制器能够认识和使用的消息结构，不管它们是经过何种网络进行通信的。Modbus通讯的核心都是基于主从架构，通过功能码来指定操作功能类型，从而实现设备间的通信和数据交换。

Modbus协议使用串口传输时可以选择ＲTU或ASCII模式，并规定了消息、数据结构、命令和应答方式并需要对数据进行校验。ASCII模式采用LＲC校验，ＲTU模式采用16位CＲC校