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在電子秤控制系統(tǒng)中廣泛使用的ModBus通信協(xié)議詳細介紹
在電子秤控制系統(tǒng)中廣泛使用的ModBus通信協(xié)議詳細介紹
在工業(yè)控制系統(tǒng)中廣泛使用的ModBus通信協(xié)議,。以ModBus的ASCII方式為例,，剖析了ModBus的指令結(jié)構(gòu),，著重說明基于ModBus通信協(xié)議的設(shè)備之間如何進行數(shù)據(jù)通信,、如何使用ModBus通信協(xié)議把電子秤接入PLC系統(tǒng),，并簡單介紹了PLC系統(tǒng)與局域網(wǎng)的互聯(lián),。在衡器行業(yè)中,，但凡涉及串行通信時，工程師們都會有一種無奈,，就是通信協(xié)議問題,。由于我國衡器廠眾多，各自采用自己的通信協(xié)議,，使得通信協(xié)議五花八門，互不兼容,。由于是自成一體,，也為后續(xù)與其他系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、維修,、儀表配件互換等留有后遺問題,。若采用一種工業(yè)控制領(lǐng)域的主流協(xié)議，各衡器廠的通信協(xié)議都與這個主流協(xié)議兼容,，
那么上述問題自然迎刃而解,。這個主流協(xié)議*ModBus
一、什么是ModBus
ModBus是一種通信協(xié)議,，是由Modicon公司發(fā)表于1979年,，主要用于PLC（可編程邏輯控制器）系
統(tǒng)。目前，在工業(yè)自動化設(shè)備通信連接中,，ModBus已是相當(dāng)常見的一種連接方式,。
二、ModBus與其他通信協(xié)議比較
1,、物理層簡單,、價廉：ModBus可以在常用且廉價的RS232、RS485等物理媒介上運行,，不像
CanBus,、ProfiBus、BitBus等需昂貴的芯片支持,。
2,、免費：ModBus是一種公開的，可以無償使用的協(xié)議,。而使用ProfiBus則需要向有關(guān)組織登
記繳費,。
3、使用普及：ModBus是當(dāng)前工業(yè)控制中使用zui廣的一種通信協(xié)議,，基于這點,，具有ModBus的設(shè)備
接入工控系統(tǒng)相對容易。
4,、維護方便：由于接入ModBus總線相對其他工控總線而言,，比較簡單。一般具有RS232,、RS485
等串行口的PC機都可以接入,，使用PC機自帶的超級終端軟件或其他串行控制軟件，就能觀察
ModBus通信過程,，可以很方便地查出故障站點,。
三、ModBus的主要型式
ModBus主要有四種型式：ASCII,、RTU,、TCP/IP和Plus。
1,、ASCII型式：采用ASCII碼進行數(shù)據(jù)交換,，使用縱向冗余校驗的校驗和（LRC）進行數(shù)據(jù)校驗。
2,、RTU型式：采用二進制碼進行數(shù)據(jù)交換,，使用循環(huán)冗余校驗的校驗和（CRC）進行數(shù)據(jù)校驗。
3,、TCP/IP型式：主要用于以太網(wǎng),，不使用校驗和進行數(shù)據(jù)校驗,。
4、Plus型式：該型式為Modicon公司專有,，采用專門的協(xié)處理器進行數(shù)據(jù)處理,。
目前，使用zui廣泛的型式是ASCII和RTU,，主要采用RS232,、RS422、RS485進行物理連接,，其中
RS485使用zui多,。
四、ModBus的結(jié)構(gòu)
ModBus協(xié)議是一個master（主）/slave（從）架構(gòu)的協(xié)議,。有一個節(jié)點是master節(jié)點,，其他使用
Modbus協(xié)議參與通信的節(jié)點是slave節(jié)點。每一個slave設(shè)備都有一個*的地址,。ModBus的通信比
較簡單,，由master發(fā)通信指令，指令中含有欲于之通信的slave站號,。當(dāng)master發(fā)指令時,，所有slave
都處于收聽狀態(tài)，一旦slave收聽到與自己地址相同的站號時,，立刻執(zhí)行指令的內(nèi)容,，并回傳執(zhí)行的
結(jié)果。
五,、ASCII型式的ModBus通信協(xié)議的格式
在ModBus上通信時,，各站點的通信參數(shù)必須一致，如：波特率,、奇偶校驗,。
通信時，一個信息字節(jié)中的每8位分為兩個ASCII字符進行傳輸,，允許字符傳輸間隔在1秒之內(nèi),。
1、ASCII型式每一字節(jié)的格式
16進制編碼,，ASCII字符（0-9、A-F）,，即：0x30-0x39,、0x41-0x46。
1位開始位,、7位數(shù)據(jù)位（先低后高）,、1位奇偶校驗（無奇偶校驗時為0）,、1位停止位。
2,、數(shù)據(jù)錯誤校驗采用縱向冗余校驗（LRC）
3,、通信幀格式（ModBus命令格式）
一個基本的ModBus命令，除了開始,、校驗,、結(jié)束字符外，還必須有地址項及功能項,。地址——也就
是站號,，想要被操作的對象（slave站號）；功能——想要被操作的對象完成的任務(wù),。ModBus命令可
以沒有數(shù)據(jù)項,。
被操作的對象，在完成所要求的操作后,，必須回傳一幀信息,，傳遞操作結(jié)果?；貍餍畔⒌母袷脚c命
令格式相同,，只是數(shù)據(jù)內(nèi)容為操作的結(jié)果。
六,、利用ModBus,，實現(xiàn)PLC與電子稱重設(shè)備的通信
為了使大家對Modbus有更進一步的了解，下面用例子方式說明如何把電子稱重設(shè)備接入PLC控制系
統(tǒng)的Modbus總線網(wǎng)絡(luò),。例子中的稱重儀表為上海彩信電子科技有限公司生產(chǎn)的XK311增強型儀
表,。本例中，1臺PLC作為主機（master）,，10臺電子秤作為從機（slave）,，使用XK311增強型
儀表作為電子秤顯示儀表，從機地址為70,、71,、72、....79,。通過RS485連接PLC和各儀表,，采用
ModBus ASCII通信協(xié)議。PLC可以對各臺儀表進行置零,、去皮,、讀取重量等多項操作。
稱重系統(tǒng)示意圖如圖1所示,，圖中的計算機是在系統(tǒng)調(diào)試時接入RS485總線的,，用以觀察RS485中傳
輸?shù)臄?shù)據(jù),，正常工作時是移除的。
上述系統(tǒng)可實現(xiàn)以下功能：
1,、正常工作時,，PLC每隔10秒輪詢一次，獲取每臺秤的重量,。
2,、當(dāng)秤臺上重量異常時，PLC會發(fā)出警告信息,，提示控制室人員注意,。
3、控制人員可以通過PLC,，對某臺秤發(fā)出置零,、去皮等操作指令。
4,、PLC可對各臺秤的稱量,，進行各項統(tǒng)計，生成必要的統(tǒng)計報表,。
七,、ModBus與局域網(wǎng)互連
現(xiàn)在，很多PLC都具有局域網(wǎng)接口,，通過該接口,，就可以遠程控制稱重系統(tǒng)了。當(dāng)然,，也可以通過
接在Modbus總線上的PC機,，利用PC機的軟、硬件資源,，編制相應(yīng)的軟件,，將重量信號傳送到局域
網(wǎng)上。若局域網(wǎng)通過路由器接入因特網(wǎng),，很顯然重量數(shù)據(jù)就可以在因特網(wǎng)上傳輸了,。本系統(tǒng)是通過
PLC的DH+網(wǎng)絡(luò)接入局域網(wǎng)的。當(dāng)然,，網(wǎng)絡(luò)部分使用的協(xié)議,，*TCP/IP、NetBEUI,。
Modbus也有相關(guān)的TCP/IP型式,，這里就不再贅述了，大家可以參考相關(guān)的書籍,。
上述的稱重系統(tǒng)只是PLC的一個子系統(tǒng),，是后期改造的一個項目。
是采用美國ROCKWELL公司的PLC,，共有5臺PLC機箱（采用PLC5系列）,、4臺工控機和2臺
服務(wù)器、若干臺PC組成的,。PLC采用ROCKWELL公司的DH+網(wǎng)絡(luò)連接,，使用DF1協(xié)議；其中1
臺PLC與稱重系統(tǒng)采用RS485連接,，使用Modbus協(xié)議,；DH+網(wǎng)絡(luò)通過1臺作為連接橋的工控機，
連入局域網(wǎng),。工控機上的監(jiān)控軟件是RSVIEW32,，操作人員通過該軟件的人機界面，觀察各項數(shù)
據(jù),，發(fā)出各項指令,，當(dāng)然也包括稱重數(shù)據(jù)及指令。另外,，局域網(wǎng)上的PC機也安裝了RSVIEW32軟
件,，只不過取消了操作指令，但可以通過該軟件觀察各項數(shù)據(jù),，便于其他相關(guān)人員關(guān)注設(shè)備運行情
況,。
八、結(jié)束語
本文簡單介紹了ModBus通信協(xié)議,，例舉了電子秤采用RS485串行接口接入PLC系統(tǒng),，用ModBus通
信協(xié)議，實現(xiàn)與PLC的實時通信,。由于水平有限,，如有錯誤的地方，望諒解,。 PLC程序采用的是梯
形圖,，其中有對串行口進行操作的梯形圖，設(shè)置圖中的相關(guān)屬性,，如波特率,、奇偶校驗，把相關(guān)的
Modbus操作命令寫入其中即可,。有關(guān)PLC的編程請參閱ROCKWELL公
司的《PLC5指令系統(tǒng)與使用說明》,。
關(guān)于XK311增強型儀表的ModBus協(xié)議及指令舉例，請看附錄,。
附錄：
XK311增強型儀表的ModBus協(xié)議格式
首址：4個ASCII碼,，讀寫數(shù)據(jù)的位置,。
數(shù)據(jù)量：4個ASCII碼，讀寫數(shù)據(jù)的數(shù)量,。
數(shù)據(jù)值：讀寫的數(shù)據(jù),。
校驗碼：2個ASCII碼，采用LRC校驗,。
LRC校驗碼運算：報頭（：）不參與運算,，LRC在數(shù)據(jù)之后，在\CR\LF之前,。參加運算的是報頭之
后,，LRC之前的所有數(shù)據(jù)。LRC為參加運算的數(shù)據(jù)之和的補碼,，舍去進位,。
當(dāng)儀表執(zhí)行指令出錯時，會回傳錯誤碼,，并將功能碼的zui高位置1,。
錯誤碼：
00--接收到的功能碼出錯；
01--數(shù)據(jù)地址錯,；
02--數(shù)據(jù)數(shù)量錯,；
03--數(shù)據(jù)值錯，如：預(yù)置皮重大于zui大稱量FS,；
04--稱量為負時去皮,；
05--不在稱重狀態(tài)時置零；
06--稱量不穩(wěn)定時置零,；
07--稱量>2%FS時置零,；
08--稱量<-2%FS時置零。
接下來以地址為78（16進制為4E）號的儀表為例,，詳述每條指令,。PLC作為master，發(fā)送指令,；電
子秤儀表作為slave,，接收指令，并回傳執(zhí)行結(jié)果,。
例中：站號4E,，即78號；功能碼04表示要讀取重量數(shù)據(jù),；儀表的重量數(shù)據(jù)專門放置在重量數(shù)據(jù)單
元,，其地址從0000到0006，共7個字節(jié)。其中0000：狀態(tài)數(shù)據(jù),；0001-0003：顯示值,；0004-
0006：皮重值。讀取重量數(shù)據(jù)時,，可以單獨讀,，也可以2個一起讀或全部讀。首址0000表示從重量
數(shù)據(jù)的0000地址開始讀?。粩?shù)據(jù)量0007表示共要讀取7字節(jié)數(shù)據(jù),；校驗碼A7表示校驗和LRC=A7,。
當(dāng)PC發(fā)出指令后，每個從站儀表都會接收,，只有與指令中的站號相同的儀表,，才會響應(yīng)，回傳
所需信息,。
78號地址的儀表,，收到上述指令后，會回傳“：4E0407120003E70000CAE1\CR\LF” 其中
“120003E70000CA”是PC想得到的78號站的重量信息,。
12--狀態(tài)數(shù)據(jù),，表示當(dāng)前顯示為正、重量穩(wěn)定,、顯示值是凈重,，當(dāng)前數(shù)據(jù)包含2位小數(shù)；
0003E7--顯示值,，同狀態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)合考慮,，即：當(dāng)前的顯示是凈重9.99kg；
0000CA--皮重值,，即：當(dāng)前的皮重是2.02kg,。
數(shù)據(jù)校驗：所有被參與校驗的數(shù)據(jù)+校驗碼=0（舍去進位）。