式為例，剖析了 ModBus 的指令結(jié)構(gòu)，著重說(shuō)明基于 ModBus 通信協(xié)議的設(shè)備之間如何進(jìn)行數(shù)據(jù)通信、如何使用 ModBus 通信協(xié)議把衡器接入 PLC 系統(tǒng)，并簡(jiǎn)單介紹了 PLC 系統(tǒng)與局域網(wǎng)的互聯(lián)。【關(guān)鍵詞】 ModBus 通信協(xié)議；PLC 可編程控制器；衡器

在衡器行業(yè)中，但凡涉及串行通信時(shí)，工程師們都會(huì)有一種無(wú)奈，就是通信協(xié)議問(wèn)題。由于我國(guó)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(wèn)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(gè)主流協(xié)議兼容，那么上述問(wèn)題自然迎刃而解。這個(gè)主流協(xié)議首推 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(dòng)化設(shè)備通信連接中，ModBus 已是相當(dāng)常見(jiàn)的一種連接方式。

二、ModBus 與其他通信協(xié)議比較

1、物理層簡(jiǎn)單、價(jià)廉：ModBus 可以在常用且廉價(jià)的 RS232、RS485 等物理媒介上運(yùn)行，不像

CanBus、ProfiBus、BitBus 等需昂貴的芯片支持。

2、免費(fèi)：ModBus 是一種公開(kāi)的，可以無(wú)償使用的協(xié)議。而使用 ProfiBus 則需要向有關(guān)組

織登記繳費(fèi)。

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(diǎn)，具有 ModBus

的設(shè)備接入工控系統(tǒng)相對(duì)容易。

4、維護(hù)方便：由于接入 ModBus 總線相對(duì)其他工控總線而言，比較簡(jiǎn)單。一般具有 RS232、 RS485 等串行口的 PC 機(jī)都可以接入，使用 PC 機(jī)自帶的超級(jí)終端軟件或其他串行控制軟件，就能觀察 ModBus 通信過(guò)程，可以很方便地查出故障站點(diǎn)。

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(jìn)行數(shù)據(jù)交換，使用縱向冗余校驗(yàn)的校驗(yàn)和（LRC）進(jìn)行數(shù)據(jù)

校驗(yàn)。

2、RTU 型式：采用二進(jìn)制碼進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，使用循環(huán)冗余校驗(yàn)的校驗(yàn)和（CRC）進(jìn)行數(shù)據(jù)校

驗(yàn)。

3、TCP/IP 型式：主要用于以太網(wǎng)，不使用校驗(yàn)和進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)。

4、Plus 型式：該型式為 Modicon 公司專有，采用專門的協(xié)處理器進(jìn)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(jìn)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(gè) master（主）/slave（從）架構(gòu)的協(xié)議。有一個(gè)節(jié)點(diǎn)是 master 節(jié)點(diǎn)，其他使用 Modbus 協(xié)議參與通信的節(jié)點(diǎn)是 slave 節(jié)點(diǎn)。每一個(gè) slave 設(shè)備都有一個(gè)*的地址。ModBus 的通信比較簡(jiǎn)單，由 master 發(fā)通信指令，指令中含有欲于之通信的 slave 站號(hào)。當(dāng) master 發(fā)指令時(shí)，所有 slave 都處于收聽(tīng)狀態(tài)，一旦 slave 收聽(tīng)到與自己地址相同的站號(hào)時(shí)，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(shí)，各站點(diǎn)的通信參數(shù)必須一致，如：波特率、奇偶校驗(yàn)。通信時(shí)，一個(gè)信息字節(jié)中的每 8 位分為兩個(gè) ASCII 字符進(jìn)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(jìn)制編碼，ASCII 字符（0-9、A-F），即：0x30-0x39、0x41-0x46。

1 位開(kāi)始位、7 位數(shù)據(jù)位（先低后高）、1 位奇偶校驗(yàn)（無(wú)奇偶校驗(yàn)時(shí)為 0）、1 位停止位。

2、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤校驗(yàn)采用縱向冗余校驗(yàn)（LRC）

3、通信幀格式（ModBus 命令格式）

開(kāi)始	地址（站號(hào)）	功能	數(shù)據(jù)	校驗(yàn)（LRC）	結(jié)束

：（0x3a）	xx	xx	x...	xx	CR、LF（0x0d、0x0a）

1 字符	2 字符	2 字符	N 字符	2 字符	2 字符

一個(gè)基本的 ModBus 命令，除了開(kāi)始、校驗(yàn)、結(jié)束字符外，還必須有地址項(xiàng)及功能項(xiàng)。地址—

—也就是站號(hào)，想要被操作的對(duì)象（slave 站號(hào)）；功能——想要被操作的對(duì)象完成的任務(wù)。ModBus

命令可以沒(méi)有數(shù)據(jù)項(xiàng)。

被操作的對(duì)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。回傳信息的格式

與命令格式相同，只是數(shù)據(jù)內(nèi)容為操作的結(jié)果。

六、利用 ModBus，實(shí)現(xiàn) PLC 與電子稱重設(shè)備的通信

為了使大家對(duì) Modbus 有更進(jìn)一步的了解，下面用例子方式說(shuō)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(qiáng)型儀表。本例中，1 臺(tái) PLC 作為主機(jī)（master），10 臺(tái)電子秤作為從機(jī)（slave），使用 XK311 增強(qiáng)型儀表作為電子秤顯示儀表，從機(jī)地址為 70、71、72、....79。通過(guò) RS485 連接 PLC 和各儀表，采用 ModBus ASCII 通信協(xié)議。PLC 可以對(duì)各臺(tái)儀表進(jìn)行置零、去皮、讀取重量等多項(xiàng)操作。稱重系統(tǒng)示意圖如圖 1 所示，圖中的計(jì)算機(jī)是在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)接入 RS485 總線的，用以觀察 RS485

中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，正常工作時(shí)是移除的。

圖 1 稱重系統(tǒng)示意圖

上述系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下功能：

1、正常工作時(shí)，PLC 每隔 10 秒輪詢一次，獲取每臺(tái)秤的重量。

2、當(dāng)秤臺(tái)上重量異常時(shí)，PLC 會(huì)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(guò) PLC，對(duì)某臺(tái)秤發(fā)出置零、去皮等操作指令。

4、PLC 可對(duì)各臺(tái)秤的稱量，進(jìn)行各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)，生成必要的統(tǒng)計(jì)報(bào)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(guò)該接口，就可以遠(yuǎn)程控制稱重系統(tǒng)了。當(dāng)然，也可以通過(guò)接在 Modbus 總線上的 PC 機(jī)，利用 PC 機(jī)的軟、硬件資源，編制相應(yīng)的軟件，將重量信號(hào)傳送到局域網(wǎng)上。若局域網(wǎng)通過(guò)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(guò) 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(shū)籍。

上述的稱重系統(tǒng)只是 PLC 的一個(gè)子系統(tǒng)，是后期改造的一個(gè)項(xiàng)目。其整個(gè) PLC 系統(tǒng)（見(jiàn)圖 2）是采用美國(guó) ROCKWELL 公司的 PLC，共有 5 臺(tái) PLC 機(jī)箱（采用 PLC5 系列）、4 臺(tái)工控機(jī)和 2 臺(tái) 服務(wù)器、若干臺(tái) 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

附錄：

XK311 增強(qiáng)型儀表的 ModBus 協(xié)議格式

說(shuō)明	報(bào)頭	站號(hào)	功能碼	首址	數(shù)據(jù)量	數(shù)據(jù)值	校驗(yàn)碼	報(bào)尾

指令	：	xx	xx	xxxx	xxxx	xxxx	LRC	\CR\ LF

回傳	：	xx	xx		xx	xxxx	LRC	\CR
回傳	：	xx	xx		xx	xxxx	LRC	\ LF
								\ LF
出錯(cuò)	：	xx	xx			xx	LRC	\CR
回傳	：		zui高位置 1			錯(cuò)誤碼	LRC	\ LF
回傳			zui高位置 1			錯(cuò)誤碼		\ LF

報(bào)頭、報(bào)尾：所有指令均以冒號(hào)（：）開(kāi)始，以回車符、換行符結(jié)束。站號(hào)：2 個(gè) ASCII 碼，范圍為 01-90（16 進(jìn)制：0x01-0x）。功能碼：2 個(gè) ASCII 碼。

02：讀繼電器輸出狀態(tài)；

04：讀稱量狀態(tài)（顯示值、皮重等）；

05：置零操作；

06：皮重操作；

07：通信測(cè)試；

08：讀定值；

09：寫(xiě)定值。

首址：4 個(gè) ASCII 碼，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的位置。

數(shù)據(jù)量：4 個(gè) ASCII 碼，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的數(shù)量。

數(shù)據(jù)值：讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)。

校驗(yàn)碼：2 個(gè) ASCII 碼，采用 LRC 校驗(yàn)。

LRC 校驗(yàn)碼運(yùn)算：報(bào)頭（：）不參與運(yùn)算，LRC 在數(shù)據(jù)之后，在\CR\LF 之前。參加運(yùn)算的是報(bào) 頭之后，LRC 之前的所有數(shù)據(jù)。LRC 為參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)之和的補(bǔ)碼，舍去進(jìn)位。

當(dāng)儀表執(zhí)行指令出錯(cuò)時(shí)，會(huì)回傳錯(cuò)誤碼，并將功能碼的zui高位置 1。

錯(cuò)誤碼： 00--接收到的功能碼出錯(cuò)； 01--數(shù)據(jù)地址錯(cuò)； 02--數(shù)據(jù)數(shù)量錯(cuò)；

03--數(shù)據(jù)值錯(cuò)，如：預(yù)置皮重大于zui大稱量 FS；

04--稱量為負(fù)時(shí)去皮；

05--不在稱重狀態(tài)時(shí)置零；

銷售代表：郭曉金

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