論ModBus通信技術在智能化儀器儀表中的應用

何莫

【摘要】ModBus通信技術在智能化儀器儀表中的應用具有非常重要的意義，因此需要重點加強研究。基于此，本文分析了ModBus通信技術在智能化儀器儀表中的應用。

【關鍵詞】ModBus通信技術；智能化儀器儀表；應用

一、Modbus簡介

Modbus協議是應用在電子控制器上的一種通用語言，已經成為一通用工業標準。Modbus采用主從應答方式，即只有一個設備作為主機能主動發送詢問信息，其它設備都是作為從機響應主機的命令或將所需的信息返回至主機。Modbus協議有兩種傳輸模式：ASCII模式和RTU模式。同波特率下，RTU模式較ASCII模式能傳輸更多的數據，所以工業網絡大都采用RTU模式。此協議支持傳統的RS-232、RS-422、RS-485和以太網設備。許多工業設備，包括PLC，DCS，智能儀表等都在使用Mod-bus協議作為他們之間的通訊標準。

二、硬件配置

（一）PLC

CP341模塊式S7-300/400PLC中支持Modbus串行通信，CP341有一個通信口，接口類型可以選擇，可以插在分布式從站ET200M上使用，支持主站或者從站。CP341加載Modbus（RTU）格式通信協議，必須配置相應軟件，在軟件中含有協議轉換器Dongle，使用時將Dongle插入CP341后面的插槽中。軟件的組態步驟如下：（1）新建項目，打開STEP7，選擇菜單“File”→“New”新建一個項目，在“Name”中輸入項目名稱。（2）插入一個“SIMATIC300Station”，然后對硬件進行組態，按安裝順序依次插入機架、電源、CPU、CP341。（3）雙擊“CP341”欄，在彈出界面中點擊“參數”（parame-ters）按鈕，進入協議選擇界面，選擇“Modbusslave”驅動，連接PLCMPI接口使之成為聯機狀態，雙擊“loaddrives”欄，加載ModbusRTU協議到通信處理器（Dongle）中。CPU必須處于“stop”模式，點擊“loaddrives”欄，加載過程啟動，完成后離線與在線的版本將匹配。（4）在線將組態數據和參數分配數據從編程設備下載到CPU，菜單命令PLC→下載（download）。下載CPU立即接受參數。

（二）DCS

DCS硬件包括SM3310和SM020。（1）SM020模塊和利時SM系列Modbus通訊模塊，同時支持Profibus-DP總線協議與Modbus協議，通過Profibus-DP總線與控制器進行參數與數據交換實現DP從站功能，并通過Modbus協議接收或者發送Modbus數據包，支持功能碼01、02、03、04、05、06、0F、10。SM020模塊在Modbus一側既可以做Modbus主站，也可以做Modbus從站。支持的最大從站數必須同時滿足輸入/輸出數據長度最多各1000byte，輸入/輸出數據之和最大1200byte，以及從站數目小于等于22的約束條件。SM020采用模塊化設計，整體為歐式插件結構，機籠安裝卡銷固定，支持熱插拔。模塊與機籠槽位依據配套防混銷識別定位，有效防止錯位對硬件造成的損傷。（2）SM3310是SM系列硬件產品的通用端子模塊。用過25芯傳輸電纜與對應基隆地板連接，實現現場信號到功能模塊的相互轉接和傳遞。

三、ModBus通信技術在智能化儀器儀表中的應用

ModBus以報文的形式傳輸信息。報文是網絡中交換與傳輸的數據單元，報文包含了將要發送的完整的數據信息，也是網絡傳輸的單位，傳輸過程中會不斷的封裝成分組、包、幀來傳輸，封裝的方式就是添加一些信息段，這些字段就是報文頭。

RTU（RemoteTerminalUnit）即遠程終端模式，這種模式的典型報文格式如下。

RTU模式中，每個字節由11位組成，包括1個起始位、8個數據位、1個奇偶校驗位和1個停止位，格式如下。

如果采用無校驗格式，則校驗位位置用停止位填充。最大的ModBusRTU報文長度為256字節。在RTU模式中，每條報文前至少需要3.5個字符時間的空閑間隔將各報文區分開來，添加了這3.5個字符間隔的報文序列，構成ModBusRTU的報文幀，如圖1所示。在每個報文的傳輸過程中，必須以連續的字符流發送報文內容，如果兩個字符之間的空閑間隔大于1.5個字符時間，那么認為此報文不完整，接收方接收到不完整的報文，將做被丟棄處理，不完整的報文如圖2所示。在進行ModBusRTU模式程序設計時必須嚴格遵守這些時間要求和規定，否則將造成發送和接受的失敗。

總之，Modbus是應用于工業控制器上的標準通信協議，數據的傳輸采用串行通訊，進一步加強對其的研究非常有必要，需要引起我們的重視。

參考文獻

[1]陳卓.Modbus通信協議在地鐵屏蔽門系統與綜合監控系統間的應用[J].科技展望，2016，26（13）：8.

[2]顏外平.基于FPGA的ModbusRTU現場總線從站模塊開發[D].武漢：華中科技大學，2016.