html5网站开发书籍,wordpress怎么做信息流广告,指数型基金怎么买,企业管理工具快速了解Modbus协议 文章目录 快速了解Modbus协议1、为何 Modbus 如此受欢迎2、范围和数据速率3、逻辑电平4、层数5、网络与通讯6、数据帧格式7、数据类型8、服务器如何存储数据9、总结 Modbus 是一种流行的低速串行通信协议#xff0c;广泛应用于自动化行业。 该协议由 Mo…快速了解Modbus协议 文章目录 快速了解Modbus协议1、为何 Modbus 如此受欢迎2、范围和数据速率3、逻辑电平4、层数5、网络与通讯6、数据帧格式7、数据类型8、服务器如何存储数据9、总结 Modbus 是一种流行的低速串行通信协议广泛应用于自动化行业。 该协议由 Modicon现已被施耐德电气收购于 1979 年为其自己的可编程逻辑控制器开发。 该协议充当 PLC 和智能自动化设备之间的链接。 Modbus 现在是由 Modbus 组织维护的开放协议自诞生以来就深受自动化工程师的欢迎。 该协议广泛用于工业监测和控制特别是 PLC。 串行协议基于主从配置能够建立Modbus客户端与最多247个Modbus服务器的通信。 设备上的物理接口通过标准 RS-485 或 RS-232 端口来实现。 总线是两端均为 150 欧姆的屏蔽或非屏蔽双绞线电缆。 该电缆可以使用 9 针 D 型外壳、螺丝端子或 RJ-45 连接器轻松连接到设备。
Modbus 是使用菊花链或分接头的点对点或多点网络。 Modbus 网络中的整个通信均由主站即 Modbus 客户端控制和管理
Modbus 广泛用于将仪器仪表和控制设备与控制器或数据收集设备连接。 通常数据收集设备或 Modbus 客户端是人机界面 (HMI) 或监控和数据采集 (SCADA) 系统内的监控计算机。 包括传感器模块、可编程逻辑控制器(PLC)或可编程自动化控制器(PAC)的远程终端单元(RTU)是Modbus服务器。 几乎所有商用 HMI、SCADA、OPC 服务器和数据采集软件都支持 Modbus从而可以将 Modbus 兼容设备与任何工业自动化系统 (IAS) 或楼宇管理系统 (BMS) 轻松集成。
1、为何 Modbus 如此受欢迎
Modbus 被许多不同行业的制造商使用并且因其简单性而变得相当流行。 它是一个开放标准 因此制造商可以将 RTU 版本的 Modbus 内置到他们的设备中而无需支付任何使用费。 该协议甚至可以在 Arduino 等原型板上实现。 事实上该通信协议可以在任何微控制器或计算机上轻松实现。 数据通信通过请求-响应方式进行消息具有固定的帧格式。
Modbus 协议最初是作为应用层协议开发的用于通过串行层传输数据目前有三个版本两个用于串行线路 — Modbus RTU 和 Modbus ASCII两个用于串行线路 — Modbus RTU 和 Modbus ASCII两个用于串行线路 — Modbus RTU 和 Modbus ASCII。 一种用于以太网TCP/IP 和 UDP——Modbus TCP。 虽然相对简单该协议仍然能够进行消息检查并且准确率超过 99%。 Modbus RTU 具有循环冗余校验和 (CRC)Modbus ASCII 具有用于错误检查的纵向冗余校验 (LRC)。
尽管该协议诞生于 20 世纪 70 年代但其实施只需要极少的 RAM 和内存资源。 在 20 世纪 70 年代计算机技术以及嵌入式技术还没有今天那么先进像 Modbus 这样的轻量级协议尤其有吸引力。 Modbus 的受欢迎程度从未下降。
2、范围和数据速率
Modbus 的标准数据速率为 9600 b/s 或 19.2 kb/s。 通常19.2 kb/s 是默认速率。 数据速率可降低至4800 b/s、2400 b/s等。最大数据速率为115.2 kb/s。 在 9600 b/s 的标准数据速率下Modbus 的最大范围可达 1000 米。 如果数据速率增加范围就会减小。 龙头长度应始终小于 20 米。
3、逻辑电平
在 Modbus 上二进制 0 由 2 至 6V 的电压电平表示。 二进制1由-2至-6V的电压电平表示。
4、层数
最初Modbus 是在串行层上实现的单一协议。 当为以太网实现协议时引入了应用数据单元以便能够通过串行以及 TCP/IP 和 UDP 网络实现。 该协议现在分为两层——核心层和网络层。 核心层定义协议数据单元(PDU)而网络层定义应用数据单元(ADU)。 即使没有定义任何应用数据单元PDU也可以通过UDP网络传输。
Modbus 的串行版本即 Modbus RTU 和 Modbus ASCII仅需要 PDU而以太网版本即 Modbus TCP则需要 PDU 和 ADU。
5、网络与通讯
Modbus 是一种以主从配置实现的请求-响应协议。 有两种类型的设备 - Modbus 客户端和 Modbus 服务器。 Modbus 客户端是主站通常是 SCADA 系统或 HMI 中的监控计算机。 Modbus 服务器是从站通常是远程终端单元例如传感器模块、PLC 和 PAC。
Modbus 的串行版本支持单个客户端与最多 247 个 Modbus 服务器的通信。 由于 RS-485 和 RS-232 端口都是 Modbus 实现的通用端口如果使用 RS-232 端口Modbus 服务器的最大数量可达 247 个但如果使用 RS-485 端口则最大 Modbus 服务器数量可达 247 个。 由于 RS-485 标准的实际限制Modbus 服务器限制为 32 个。 可以有多个客户端和无限的服务器因为 Modbus 的以太网版本具有用于互联网路由的附加 6 字节标头
整个数据通信由Modbus客户端通过请求-响应的方式控制。 在 Modbus 中数据被传输为字节。 在 RTU 版本中每个字节都编码在一个 11 位异步帧中该帧由起始位、数据字节、偶校验和一个停止位组成。 在 ASCII 版本中每个字节都编码在 10 位帧中该帧由起始位、7 位数据、1 位偶数或奇数奇偶校验或无位如果没有奇偶校验以及 1 个停止位如果使用奇偶校验组成 2 停止位。
主设备/客户端和从设备/服务器之间传递的消息称为协议数据单元PDU。 PDU 由从机地址、功能代码命令、数据和校验和CRC 或 LRC组成。
主设备向由从设备地址标识的从设备之一发送请求。 从机地址为一字节长可以是 0 到 255 之间的值。根据协议从机地址 0 保留用于广播消息标识从机设备的从机地址不能超过 247。功能代码也是一字节 长它告诉被寻址的从设备必须采取什么样的操作。 1255范围内的功能码有效其中128255保留用于异常响应。 该操作是读取或写入操作请求中的数据借此提供执行该操作所需的附加信息。 例如它可以指定从哪里开始读取以及必须读取多少数据。 RTU 版本采用CRC 进行错误检查而ASCII 版本采用LRC 进行错误检查。
当主设备向寻址的从设备发出请求时它会发回响应。 从机地址和功能代码在同一响应中回显。 数据包含主站请求的值。 如果在执行请求的操作时发生错误则功能代码将被修改并且数据包含描述错误的代码。 同样分别根据 RTU 或 ASCII 帧的 CRC 或 LRC 用于确保消息或 PDU 的完整性。
6、数据帧格式
在 RTU 成帧中每个字节代表 11 位帧中的两个 4 位十六进制字符。 PDU 由 1 字节长的从机地址、1 字节长的功能码、0 至 252 字节长的数据和 2 字节长的 CRC 组成。 在 ASCII 帧中每个字节代表 10 位帧中的两个 ASCII 字符。 PDU 由 1 个字符长的起始字符、2 个字符长的从机地址、2 个字符长的功能代码、0 至 504 个字符长的数据、2 个字符长的 LRC 和 2 个字符长的结束字符组成。 起始字符始终为冒号 ( 或 ASCII 3A 十六进制。 结束字符始终是带有换行符的回车符ASCII 0D 和 0A 十六进制。 RTU 中的每个 PDU 以及 ASCII 版本均由 28 位或 3.5 个字符分隔。 Modbus 的 RTU 和 ASCII 版本几乎相似除了一些差异之外。 在 RTU 成帧中字节以二进制形式表示而在 ASCII 成帧中字节以可读的 4 位 ASCII 字符表示。 ASCII 帧具有文本开始和文本结束字符而在 RTU 帧中PDU/消息之间的 28 位分隔被解释为检测帧的开始和结束。 由于 RTU 成帧使用较短的消息因此它比 ASCII 版本更快。 ASCII 版本确实有一个优点即消息中的字符之间最多可以间隔一秒。 如果间隔超过一秒设备将视为传输错误。
TCP版本的Modbus中的PDU由2字节长的事务ID、2字节长的协议字段、2字节长的长度字段、1字节长的从机地址和1到252字节长的协议字段组成。 消息字段。 事务 ID 标识事务协议始终设置为 0 以指示 Modbus。 长度表示后面的字节数。 接下来是 1 字节长的从机地址。 消息字段是类似于Modbus帧的RTU版本由功能代码和数据组成。 消息字段的最大大小可以是 253 字节即功能代码为 1 字节数据如 RTU 帧中最大为 252 字节。
在所有版本RTU、ASCII 和 TCP中最低有效位首先发送。Modbus 兼容设备无法自动检测波特率因此需要在总线的客户端和服务器端显式设置相同的波特率。 Modbus PDU 支持的格式只能发送数据无法跨通信设备发送参数。
7、数据类型
Modbus 中有两种类型的数据——线圈 Coils和寄存器Registers。 线圈是单个位可以是 0关或 1开。 线圈可以是离散的输出线圈或离散的输入触点。 离散输入触点是物理离散输入的状态即“开”或“关”。 离散输出线圈是物理离散输出信号的状态即 ON 或 OFF。
这些寄存器是 16 位无符号寄存器可以包含表示浮点数、ASCII 文本、队列或表的值。 寄存器本身仅存储 0 到 65535 范围内的正值即 0x0000 到 0xFFFF 十六进制。 存储在寄存器中的 16 位数据可以被 Modbus 客户端解释为 16 位无符号整数、16 位有符号整数、2 字符 ASCII 字符串或离散 ON/OFF 值。 存储在寄存器中的 32 位数据可以被 Modbus 客户端解释为 32 位无符号整数、32 位有符号整数、4 个字符的 ASCII 字符串或 32 位双精度浮点数。
有两种类型的寄存器——模拟输入寄存器和模拟输出保持寄存器。 与离散输入触点线圈一样输入寄存器将外部输入的状态存储为 0 到 655350x0000 和 0xFFFF之间的值。 过去输入寄存器通常用于存储模拟输入值的数字表示这些模拟输入值可以是电压或电流信号。 输出保持寄存器用于存储设备上的数据。 现在由于大多数Modbus兼容设备都不是输入/输出设备因此输入寄存器也用于存储数据。
8、服务器如何存储数据
在传感器模块、PLC 或 PAC 等 Modbus 服务器上数据被组织到四个表或数据库中。 有两个数据库用于存储离散的开/关值或线圈。 这些数据库分别存储离散输出线圈和离散输入触点。 然后有两个存储数值的数据库或寄存器分别存储模拟输入寄存器和模拟输出保持寄存器。
每个数据库可存储 9999 个值。 例如离散输出线圈和离散输入触点的数据库可以分别存储 0000 到 270E 范围内的 9999 位。 模拟输入寄存器和模拟输出保持寄存器的数据库可存储 9999 个字每个字的范围为 0000 至 270E每个字为 16 位长。
离散量输出线圈和模拟量输出保持寄存器的数据库是读写型的而离散量输入触点和模拟量输入寄存器的数据库是只读型的。
数据库中的值可以通过位置名称来访问。 离散量输出线圈、离散量输入触点、模拟量输入寄存器和模拟量输出保持寄存器的数据库位置分别为 19999、1000119999、30001~39999 和 40001~49999。 下表总结了 Modbus 服务器上四个数据库的结构和性质。 9、总结
Modbus 是一种广泛使用的工业通信协议通常与 PLC 一起使用。 该协议具有三个版本RTU、ASCII 和 Modbus。 RTU 版本是开放标准且速度最快最常被制造商使用。 对于较短的消息RTU 帧的 Modbus 消息可以以 100 毫秒的间隔更新。 几乎所有商业 HMI、SCADA、OPC 服务器和数据采集软件都支持 Modbus因此可以轻松地将 Modbus 兼容设备集成到任何工业自动化系统或楼宇管理系统中。
