Modbus通訊協議在控制工程中的應用2湖南工業職業技術學院，湖南長沙410000）摘要：Modbus是一種串行通信協議，目前主要以串口、以太網以及其他支持互聯網協議的網絡版本方式實現通訊，它的優點是結構簡單明了、通訊可靠、通訊數據量大，缺點是通訊速度相對較為緩慢，不適用于一些高要求的反饋控制系統。大多數Modbus設備通過485串口進行通信，廣泛應用于控制工程中。如火電廠鍋爐壁溫、發電機溫度的采集系統就是以Modbus協議通過485串口方式與DCS控制系統進行通訊，部分智能儀表也是通過Modbus協議與PLC等設備進行通訊。文通過分析Modbus通訊協議在控制工程中的應用，掌握Modbus通訊協議的特點與相關知識，提高控制工程設計、維護的可靠性。關鍵詞：Modbus，通訊協議，控制工程前言：火力發電廠中，由于鍋爐壁溫、發電機定子溫度等相關設備的測點數量較多，如果使用實際接線通道一對一連接DCS，首先需要敷設大量的線纜，還要更多的DCS通道與卡件、控制器等相關配套設備，增加施工任務量的同時也極大地浪費了材料，加大了經濟投入成本。因此，在工程中一般都是引用遠程IO通訊的形式，將就地溫度集中至前置盒，再將各個前置端使用RS485的方式進行串接，連接至DCS控制系統已配置好的通訊卡，最后進行相應的組態即可實現DCS對遠程IO設備相關測點的監控。在PLC相關控制設備中，也同樣具備Modbus通訊的功能。因此，在工程應用中，要結合實際具體情況選擇相應的通訊方式并進行相對應的通訊配置，才能使控制系統正常工作。一、火電廠智能前端火電廠智能前端主要用于生產過程中各種模擬量、開關量信號的就地集中采集和數字式轉換，轉換后的數據可直接用于就地設備的控制，也可通過網絡將數據送入DCS等，由系統做統一處理后，用于設備參數監測及作為設備控制的依據。火電廠智能前端一般采用壁掛式就地安裝，可節省大量信號電纜，采用（RS-485/RS-422）現場總線式遠程冗余通訊網絡，很大程序上保證了通訊線路的正常工作，確保測點參數的正常采集與處理。火電廠智能前端一般使用是MODBUS協議中的RTU模式，以串口RS485的通訊方式進行組網（圖1），整個智能前端系統結構如圖2所示。圖

1：RS-485通訊接線圖圖

2：RS-485通訊系統構成圖在通訊雙方中，一般DCS為主站方（master），主站方發送數據請求命令，一次通訊發送一個命令，可以多個設備同時接收，串口通訊參數一般設置為（baud：9600，word：8，parit：even，stop：１），端口號由DCS選擇，單層模式接收的命令格式一般如下例，共8字節（16進制模式）：第1字節slaveaddress：01（單層結構從１－設備數，多層為1－分組數）第2字節function：03（采用的功能碼為３，ReadHoldingRegisters）第3字節StartingAddressHi：00（欲讀寄存器首地址高字節）第4字節StartingAddressLo：00（欲讀寄存器首地址低字節）第5字節No.ofRegistersHi：00（欲讀字個數高字節）第6字節No.ofRegistersLo：18（10）（欲讀字個數低字節,24點（16點））第7字節ErrorCheckHi：**（16bitsCRC校驗高字節）第8字節ErrorCheckLo：**（16bitsCRC校驗低字節）進入DCS通訊卡分析模式察看Modbus報文，如圖3所示。圖

3：DCS通訊卡Modbus報文因此，就地智能前端各通訊參數設置與DCS通訊卡件參數設置要一致才能正常通訊。可通過使用Modscan軟件檢測智能前端至DCS之間的通訊是否正常，Modscan軟件主要設置有：Address:001;Length:24，即從001通道開始掃描直至第24個通道，也可從其它通道開始到其它別的通道；DeviceId:即輸入就地智能前端的地址，如1、2、3……32等，其它如波特率、停止位等的設置要與就地設置一致。設置正確后即可查看接收到的數據。顯示如40001：<196>40002：<201>......40012：<203>40013：<205>......即表示該智能前端1通道溫度為19.6度，2通道溫度為20.1度，12通道為20.3度，13通道為20.5度。因是整數型傳輸，數據需在DCS側乘以0.1系數。PLC的Modbus通訊方式當PLC以Modbus協議與第三方系統如組態王、scada、DCS、觸摸屏等進行通訊時，需要對PLC進行編程初始化調用Modbus庫，當PLC做為從站或主站時，調用程序是不同的。以S7-200PLC做從站為例，調用MBUS_INIT指令(初始化從站)和MBUS_SLAVE指令。MBUS_INIT指令用于使能和初始化或禁止Modbus通訊，必須無錯誤的執行，然后才能夠使用MBUS_SLAVE指令。MBUS_SLAVE指令用于服務來自Modbus主站的請求，必須在每個循環周期都執行，以便檢查和響應Modbus請求。配置如圖4所示。圖4：PLC調用Modbus協議配置SM0.1：首次掃描為1，以后為0，SM0.0：始終接通。即用SM0.1使PLC在第一循環掃描中初始化Modbus從站協議，用SM0.0使每循環周期內執行Modbus從站協議。模式（Mode）：為1時，將端口0分配給Modbus協議，并啟用該協議;為0時，將端口0分配給PPI，并禁止Modbus協議。Addr設置地址，其數值在1到247之間。Baud為波特率設設置。Parity用于設置校驗位使之與Modbus主站相配匹：0—無校驗(NONE),1—奇校驗(ODD)，2—偶校驗（EVEN）。MaxIQ將Modbus地址0xxxx和1xxxx可用的I和Q點數設為一個0--128之間的數值，數值為0時，禁止輸入和輸出的所有讀和寫操作。參數MaxAI將Modbus地址3xxxx可用的字輸入(AI)數目設為一個0--32之間的數值，數值為0時，禁止讀模擬量輸入。參數MaxHold設置可以使用的V區字保持寄存器的個數，相應于Modbus地址4xxxx。參數HoldStart是V存儲區的保持寄存器的起始地址。PLC配置好后，可使用Modscan軟件檢測通訊是否正常。要注意軟件設置的地址、波特率等參數一致。在PLC輸出線圈Q0.0和Q0.2閉合的情況下，測試的效果如圖5。圖5：Modbus測試效果結束語：Modbus通訊協議在控制工程中的應用，必須離不開上位系統與下位系統的正確配置，才能正常收發數據。Modbus通信協議傳輸字節數少、效率高，廣泛應用于眾多小型儀表和大型工業設備，再加上RS232/RS485端口采用Modbus通信方式的場合很多，使用經濟、便捷，值得深入學習。

參考文獻：[1]向曉漢.工業控制系統及應用-PLC與人機界面.化學工業出版社.[2]趙釗．基于Modbus協議的DCS系統與PLC系統的通訊［J].節能技術，2011，29