MODBUS在過(guò)程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　目前大家使用的三種最常見(jiàn)的MODBUS版本是：

　　■ MODBUS ASC II

　　■ MODBUS RTU

　　■ MODBUS/TCP

　　所有的MODBUS信息都以相同的格式進(jìn)行傳送。在這三種不同類(lèi)型的MODBUS版本之間的唯一差別就是：信息是怎樣進(jìn)行編碼的。

　　在MODBUS RTU協(xié)議里面，數(shù)據(jù)以二進(jìn)制進(jìn)行編碼，而且每一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)只需要一個(gè)字節(jié)的通訊量。對(duì)于通訊速度在1200到115K波特率的RS232或者多分支網(wǎng)絡(luò)的RS485網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，MODBUS RTU是一種理想的通訊協(xié)議。MODBUS RTU最為常見(jiàn)的通訊速率為9600和19200波特率。MODBUS RTU是得到最為廣泛應(yīng)用的工業(yè)化協(xié)議，因此這份白皮書(shū)的主要部分將會(huì)集中討論MODBUS RTU的基本概念和應(yīng)用。

MODBUS RTU基礎(chǔ)

　　為了與一臺(tái)從設(shè)備進(jìn)行通訊，主設(shè)備將會(huì)發(fā)送一個(gè)包含如下內(nèi)容的訊息：

　　■ 設(shè)備地址

　　■ 功能代碼

　　■ 數(shù)據(jù)

　　■ 錯(cuò)誤檢查

　　設(shè)備地址是一個(gè)從0到247的數(shù)字。發(fā)送給地址0（廣播訊息）的訊息可以被所有從設(shè)備接收到，但是數(shù)字1到247是特定設(shè)備的地址。在這個(gè)訊息廣播當(dāng)中有一個(gè)例外，有一個(gè)從設(shè)備總是會(huì)對(duì)MODBUS訊息作出反應(yīng)，這樣主設(shè)備就知道這條訊息已經(jīng)被從設(shè)備接收到了。

　　功能代碼定義了從設(shè)備應(yīng)該執(zhí)行的命令，例如讀取數(shù)據(jù)、接受數(shù)據(jù)、報(bào)告狀態(tài)等等（參見(jiàn)表1）。功能代碼為從1到255的數(shù)字。有些功能代碼還擁有子功能代碼。

　　數(shù)據(jù)為讀取功能定義了在設(shè)備存儲(chǔ)器映射當(dāng)中的地址，它包括被寫(xiě)入設(shè)備存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)值，或是包括其它根據(jù)功能代碼的要求需要被執(zhí)行的信息。

　　錯(cuò)誤檢查是一個(gè)描述循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）的16-bit數(shù)值。循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）由主設(shè)備產(chǎn)生（通過(guò)一個(gè)包括對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行“或”運(yùn)算以及移位運(yùn)算的復(fù)雜程序產(chǎn)生），并且由接收設(shè)備進(jìn)行檢查。如果CRC值不符，這個(gè)設(shè)備就會(huì)要求重新傳送訊息。在有些系統(tǒng)里面，還要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行奇偶校驗(yàn)。

　　當(dāng)從設(shè)備執(zhí)行了所要求的功能，它會(huì)返回一條訊息給主設(shè)備。這條返回的訊息包含了從設(shè)備的地址、所要求的功能代碼（這樣主設(shè)備就知道是誰(shuí)在作出反應(yīng)）、所要求的數(shù)據(jù)以及一個(gè)錯(cuò)誤檢查值。

MODBUS存儲(chǔ)器映射

　　每一個(gè)MODBUS設(shè)備都有存儲(chǔ)器，在存儲(chǔ)器里面保存著過(guò)程變量數(shù)據(jù)。MODBUS的配置決定了數(shù)據(jù)怎樣被恢復(fù)以及什么類(lèi)型的數(shù)據(jù)能夠被恢復(fù)。不過(guò)，MODBUS配置并沒(méi)有規(guī)定設(shè)備供應(yīng)商必須怎樣映射這些數(shù)據(jù)以及必須把這些數(shù)據(jù)映射在存儲(chǔ)器的哪個(gè)部分。下面是一個(gè)比較常見(jiàn)的例子，用來(lái)說(shuō)明理論上一個(gè)供應(yīng)商可能怎樣映射不同類(lèi)型的過(guò)程變量數(shù)據(jù)。

　　離散量輸入和輸出是1-bit數(shù)值，并且每一個(gè)這種變量都有一個(gè)明確的地址。模擬量輸入（也被稱(chēng)為“輸入寄存器”）被存儲(chǔ)在16-bit寄存器里面。只需利用這些寄存器當(dāng)中的兩個(gè)寄存器，MODBUS就可以支持IEEE 32-bit浮點(diǎn)格式。保持寄存器也是16-bit內(nèi)部寄存器，可以支持浮點(diǎn)格式。

　　MODBUS配置定義了在寄存器映射里面的數(shù)據(jù)。假定設(shè)備供應(yīng)商遵從了MODBUS規(guī)格書(shū)的要求（并非所有設(shè)備供應(yīng)商都如此），那么MODBUS主設(shè)備就可以很容易的獲取所有遵從規(guī)格書(shū)規(guī)定的數(shù)據(jù)。在很多案例當(dāng)中，設(shè)備供應(yīng)商公布了存儲(chǔ)器的映射位置（參見(jiàn)表2），這樣就使得編程人員可以很

　　容易的為主設(shè)備與從設(shè)備之間的通訊進(jìn)行編程。

　　表2：大多數(shù)MODBUS兼容設(shè)備（例如來(lái)自于Moore Industries公司的TMZ溫度變送器）的說(shuō)明書(shū)或者操作手冊(cè)都公布了關(guān)鍵變量在存儲(chǔ)器映射里面的地址。TMZ溫度變送器的地址遵守了MODBUS規(guī)格書(shū)的要求。