第9章 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

測(cè)控技術(shù)與系統(tǒng)第九章現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)2024/3/211本章主要內(nèi)容現(xiàn)場(chǎng)總線概述1現(xiàn)場(chǎng)總線舉例——MODBUS3常用通信接口簡(jiǎn)介22024/3/2129.1現(xiàn)場(chǎng)總線概述——知識(shí)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的知識(shí)點(diǎn)：定義發(fā)展過(guò)程發(fā)展趨勢(shì)優(yōu)點(diǎn)歸屬范疇現(xiàn)場(chǎng)總線與ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)模型現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)2024/3/2139.1.1現(xiàn)場(chǎng)總線概述——（1）定義（1）現(xiàn)場(chǎng)總線(FieldBus)的定義“現(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)”

現(xiàn)場(chǎng)總線以串行通信方式取代傳統(tǒng)的4～20mA的模擬信號(hào)，一條現(xiàn)場(chǎng)總線可為眾多的可尋址現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)連接，支持底層的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備與高層的系統(tǒng)利用公用傳輸介質(zhì)交換信息?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的核心是其通信協(xié)議FF的定義基本概念2024/3/2149.1.2現(xiàn)場(chǎng)總線概述——（2）發(fā)展過(guò)程發(fā)展過(guò)程從人類語(yǔ)言文字的發(fā)展過(guò)程來(lái)看現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展過(guò)程人類的進(jìn)化人類語(yǔ)言發(fā)展儀表的進(jìn)化儀表語(yǔ)言發(fā)展1猿無(wú)語(yǔ)言早期儀表無(wú)連接2類人猿原始語(yǔ)言電氣儀表開(kāi)關(guān)邏輯連接3古人類象形文字電子儀表模擬通信4人類豐富的各族語(yǔ)言共存微機(jī)化儀表數(shù)字通信，現(xiàn)場(chǎng)總線多種事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)共存5現(xiàn)代人類某些語(yǔ)言文字消亡，形成幾種主流的語(yǔ)言，雖提出世界語(yǔ)的需求但難以實(shí)現(xiàn)。智能儀表現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)成立，試圖統(tǒng)一現(xiàn)場(chǎng)總線，但最終還是通過(guò)了多種標(biāo)準(zhǔn)（2）現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展過(guò)程2024/3/215現(xiàn)狀：現(xiàn)場(chǎng)總線未能形成一種統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)主要有兩方面原因：一是技術(shù)方面的原因，由于現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制的通信網(wǎng)絡(luò)，涉及到許多底層設(shè)備的不同行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和用戶習(xí)慣的繼承，以及不同類型網(wǎng)絡(luò)互連的協(xié)議制定；另一方面是商業(yè)利益，各廠家都希望自己的技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)中占有更大份額，以便使國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)給自己帶來(lái)更大利益，互不相讓，導(dǎo)致了目前多種現(xiàn)場(chǎng)總線共存的局面。9.1.2現(xiàn)場(chǎng)總線概述——（2）發(fā)展過(guò)程續(xù)2024/3/2169.1.2現(xiàn)場(chǎng)總線概述——（2）發(fā)展過(guò)程續(xù)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)大事記20世紀(jì)70年代：現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)萌芽20世紀(jì)80年代：現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)始發(fā)展20世紀(jì)90年代初：形成幾種較有影響的標(biāo)準(zhǔn)1994-1995年：現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)(FF)成立2000.1.4：IECTC65通過(guò)IEC61158決議，規(guī)定了8種現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，后來(lái)又由其他標(biāo)準(zhǔn)化組織通過(guò)了3種現(xiàn)場(chǎng)總線*IEC:國(guó)際電工委員會(huì)InternationalElectro-techincal

commission**FF:FieldbusFoundation2024/3/2179.1.2現(xiàn)場(chǎng)總線概述——（2）發(fā)展過(guò)程續(xù)國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)IEC61158決議

（最新版2007年發(fā)布，共有20種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)）類型1FFH1FF基金會(huì)低速總線類型2ControlNet美國(guó)Rockwell公司類型3Profibus

德國(guó)西門(mén)子公司類型4P-Net丹麥ProcessData

類型5FFHSE

FF基金會(huì)高速總線類型6SwiftNet

美國(guó)波音公司類型7WorldFIP法國(guó)Alston公司類型8Interbus

德國(guó)Phoenixcontact公司IEC62026-1決議

類型9SDS智能分布系統(tǒng)類型10ASI執(zhí)行器傳感器接口類型11DeviceNet設(shè)備網(wǎng)絡(luò)ISO11898決議

類型12CAN德國(guó)Bosch公司

2024/3/2189.1.2現(xiàn)場(chǎng)總線概述——（2）發(fā)展過(guò)程續(xù)12種國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)另外一種不得不說(shuō)一下的現(xiàn)場(chǎng)總線：HART總線HART總線是模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)總線之間的一種過(guò)渡性協(xié)議HART總線通過(guò)在4~20mA信號(hào)上疊加交流載波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字通信，從而能在保證傳統(tǒng)模擬信號(hào)兼容的基礎(chǔ)上，具有現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)勢(shì)。HART總線還將在較長(zhǎng)的時(shí)間廣泛的存在2024/3/2199.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線概述——（3）發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)（3）現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展趨勢(shì)與以太網(wǎng)的融合目前許多廠商已經(jīng)開(kāi)始將現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議與EthernetTCP／IP協(xié)議進(jìn)行整合。包括：1、ControlNet、DeviceNet和Ethernet／IP聯(lián)合推出CIP(ControlandInformationProtoco1)；2、FoundationFieldbus推出HSEHigh—SpeedEthernet)；3、Profibus推出ProfiNet以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)供電問(wèn)題2024/3/21109.1.4現(xiàn)場(chǎng)總線概述——（4）優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)模擬信號(hào)（4～20mA）互連的缺點(diǎn)：一對(duì)一結(jié)構(gòu)；單向通信；抗干擾能力差

現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，安裝維護(hù)方便：一對(duì)N結(jié)構(gòu)， 雙向通信，布線成本，設(shè)備管理（2）可靠性高：抗干擾能力強(qiáng)（3）信息集成能力強(qiáng)：設(shè)備信息，儀表參數(shù)，故障診斷，測(cè)控管一體化（4）互操作性和互用性：同標(biāo)準(zhǔn)儀表間（5）開(kāi)放性：開(kāi)放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（6）分散控制：控制功能分散到儀表，提高控制系統(tǒng)整體可靠性（4）現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)2024/3/21119.1.5現(xiàn)場(chǎng)總線概述——（5）歸屬范疇歸屬范疇（5）現(xiàn)場(chǎng)總線的歸屬范疇：

現(xiàn)場(chǎng)儀表間的通信網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)場(chǎng)總線是一種設(shè)備間完整的通信通道，包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路和應(yīng)用層等?，F(xiàn)場(chǎng)總線既有別于芯片內(nèi)總線、芯片間總線、板間總線，也有別于控制系統(tǒng)的上層通信網(wǎng)絡(luò)。2024/3/21129.1.6現(xiàn)場(chǎng)總線概述——（6）與ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)模型關(guān)系（6）現(xiàn)場(chǎng)總線與ISO/OSI參考模型的關(guān)系現(xiàn)場(chǎng)總線的要求：實(shí)時(shí)性，可靠性現(xiàn)場(chǎng)總線的通信協(xié)議符合ISO的OSI參考模型：通常使用其中的一、二、七層協(xié)議 用戶X用戶Y第七層 應(yīng)用 應(yīng)用第六層表示 表示第五層 會(huì)話 會(huì)話第四層 傳送 傳送第三層 網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)第二層 鏈接 鏈接第一層物理物理通信協(xié)議2024/3/2113管理集中控制分散9.1.7現(xiàn)場(chǎng)總線概述——（7）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展帶來(lái)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革：現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS：FieldbusControlSystem)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史：FCS控制分散更徹底集中控制獨(dú)立控制FCS系統(tǒng)DCS系統(tǒng)集中控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)（3）現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展趨勢(shì)2024/3/2114DCS結(jié)構(gòu)DCS的三級(jí)結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場(chǎng)級(jí)、控制級(jí)和監(jiān)控級(jí)9.1.7現(xiàn)場(chǎng)總線概述——（7）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)續(xù)2024/3/2115FCS結(jié)構(gòu)FCS的兩級(jí)結(jié)構(gòu):智能現(xiàn)場(chǎng)儀表、工作站圖FF現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

9.1.7現(xiàn)場(chǎng)總線概述——（7）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)續(xù)2024/3/2116FCS的優(yōu)勢(shì)DCS：三級(jí)結(jié)構(gòu)（現(xiàn)場(chǎng)儀表、控制站和操作站）FCS：兩級(jí)結(jié)構(gòu)（智能現(xiàn)場(chǎng)儀表、工作站）完成轉(zhuǎn)變的兩個(gè)關(guān)鍵因素：

現(xiàn)場(chǎng)總線和智能儀表控制站的功能分散到智能儀表中，可靠性更高9.1.7現(xiàn)場(chǎng)總線概述——（7）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)續(xù)2024/3/2117現(xiàn)狀DCS和FCS的應(yīng)用現(xiàn)狀：二者現(xiàn)階段共存，共同發(fā)展DCS系統(tǒng)也擴(kuò)展了現(xiàn)場(chǎng)總線接口，可以和部分現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備互連一些現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備除具有現(xiàn)場(chǎng)總線接口外，也具有4~20mA模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)9.1.7現(xiàn)場(chǎng)總線概述——（7）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)續(xù)2024/3/21189.2常用通信接口簡(jiǎn)介（1）通信接口的基本概念：

一般電子儀表電路系統(tǒng)的數(shù)字電路系統(tǒng)為T(mén)TL電平或CMOS電平。在通信系統(tǒng)中，為了提高通信抗干擾性，一般具有特殊的電平設(shè)計(jì)和編碼規(guī)則。通信接口即指完成一般電路系統(tǒng)與特定通信標(biāo)準(zhǔn)間的電平或（和）邏輯轉(zhuǎn)換。2024/3/21199.2常用通信接口簡(jiǎn)介這里補(bǔ)充介紹比較常用的兩個(gè)物理層協(xié)議：RS232和RS485RS232和RS485都是：美國(guó)電子工業(yè)聯(lián)盟（EIA）制定的串行數(shù)據(jù)通信的接口標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了其機(jī)械、電氣、功能和過(guò)程特性2024/3/21209.2常用通信接口簡(jiǎn)介二者的差別：RS232是：異步通信接口，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，短距離(15m)RS485是：半雙工，1對(duì)N，長(zhǎng)距離（1200m）造成這種差別的主要原因是二者信號(hào)驅(qū)動(dòng)和接收的方式不同2024/3/21219.2常用通信接口簡(jiǎn)介單端驅(qū)動(dòng)單端接收RS232平衡驅(qū)動(dòng)差分接收RS485負(fù)邏輯2024/3/21229.2常用通信接口簡(jiǎn)介RS232電平轉(zhuǎn)換

由于RS232和RS485的標(biāo)準(zhǔn)電平和TTL(CMOS)電平不同，所以微機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)與RS232和RS485連接需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換！RS232電平轉(zhuǎn)換芯片2024/3/21239.2常用通信接口簡(jiǎn)介終端電阻使能端RS485電平轉(zhuǎn)換

問(wèn)：當(dāng)總線上有兩個(gè)以上設(shè)備使能發(fā)送會(huì)發(fā)生什么情況？2024/3/21249.2常用通信接口簡(jiǎn)介單片機(jī)的串口結(jié)構(gòu)和操作單片機(jī)的串口包括RXD、TXD和信號(hào)地三線，可以在電平轉(zhuǎn)換后用RS232的三線連接方式和PC機(jī)進(jìn)行通信。單片機(jī)的串行通信通常是用硬件實(shí)現(xiàn)的。

發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)：向串行寄存器送入數(shù)據(jù)后，硬件即可按照設(shè)定的數(shù)據(jù)格式和波特率串行發(fā)送數(shù)據(jù)。

接收數(shù)據(jù)時(shí)：硬件自動(dòng)接收串行數(shù)據(jù)，接收完一個(gè)數(shù)據(jù)后，將產(chǎn)生中斷或設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)就緒標(biāo)志。

※單片機(jī)中通常不設(shè)計(jì)接收和發(fā)送緩沖區(qū)，所以當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)不能及時(shí)處理的話，數(shù)據(jù)將會(huì)丟失。

2024/3/21259.2常用通信接口簡(jiǎn)介PC機(jī)的串口結(jié)構(gòu)和操作1、PC機(jī)串口結(jié)構(gòu)：

PC機(jī)的串口包括有RS232的電平轉(zhuǎn)換電路，其串口輸出即RS232標(biāo)準(zhǔn)。用串行接口芯片實(shí)現(xiàn)串行通信的協(xié)議，一般具有有接收緩沖區(qū)和發(fā)送緩沖區(qū)。2、PC機(jī)串口操作：主要工作都是在軟件編程里。在windows下可以有多種編程手段：文件讀取法、串口控件、多線程設(shè)計(jì)等?；镜牟僮鞣绞娇梢圆捎貌樵兎绞交蛘呦Ⅱ?qū)動(dòng)方式(事件驅(qū)動(dòng)方式)。

※需要注意的是，和其他軟件編程不同的是，串口的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收都是需要一定的時(shí)間的。2024/3/21269.2常用通信接口簡(jiǎn)介PC機(jī)通過(guò)RS232和RS485和儀表互連RS232互連RS485互連2024/3/21279.4MODBUS總線介紹--主要內(nèi)容一、概述二、Modbus應(yīng)用協(xié)議規(guī)范

三、Modbus協(xié)議在串行鏈路上的實(shí)現(xiàn)四、Modbus協(xié)議在TCP/IP簡(jiǎn)介2024/3/2128一、概述1979年Modicon公司(現(xiàn)法國(guó)Schneider的一部分)提出的Modbus，最初作為工業(yè)串行鏈路的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)1997年Schneider電氣在TCP/IP上實(shí)現(xiàn)Modbus協(xié)議Modbus和ModbusTCP/IP也被IEC61158國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)承認(rèn)為一種現(xiàn)場(chǎng)總線2004年Modbus作為我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19582-2008

“基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范”

2024/3/2129一、概述IANA委員會(huì)給施耐德電氣公司分配了已為大家熟知的TCP502端口，以專為Modbus協(xié)議保留，Modbus協(xié)議現(xiàn)在已經(jīng)成為Internet標(biāo)準(zhǔn)。ModbusTCP/IP是唯一個(gè)被分配到互聯(lián)網(wǎng)端口的工業(yè)以太網(wǎng)23-Telnet遠(yuǎn)程登錄協(xié)議

21-FTP文件傳輸協(xié)議

161-SNMP簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議

25-SMTP簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議

53-DNS域名解析服務(wù)

110-POP3郵局協(xié)議

80-HTTP超文本傳輸協(xié)議

67-BOOTPS引導(dǎo)程序協(xié)議服務(wù)器

502-ModbusMODBUSTCP端口

IANA:TheInternetAssignedNumbersAuthority互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字分配機(jī)構(gòu)

2024/3/2130Modbus協(xié)議應(yīng)用層協(xié)議Modbus

Plus協(xié)議

Modbus應(yīng)用層協(xié)議，以及物理層和鏈路層的完整協(xié)議ModbusTCP/IP協(xié)議基于TCP/IP的MODBUS協(xié)議Modbus技術(shù)規(guī)范組成2024/3/2131PLCcontrolModbus應(yīng)用層報(bào)文傳輸協(xié)議

Modbus協(xié)議為應(yīng)用層報(bào)文傳輸協(xié)議，僅定義了通訊消息結(jié)構(gòu)，一個(gè)Modbus信息楨包括從機(jī)地址、功能碼、數(shù)據(jù)區(qū)和數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼?？墒褂肦S232、RS422和RS485端口，可以使用光纖、無(wú)線等媒質(zhì)實(shí)現(xiàn)通訊，廣泛應(yīng)用在智能設(shè)備之間進(jìn)行主、從方式通訊。

Modbus協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。當(dāng)在一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，此協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來(lái)的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng)，控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。在其它網(wǎng)絡(luò)上，包含了Modbus協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)地址、路由路徑及錯(cuò)誤檢測(cè)的方法。

2024/3/2132ModbusPlus

ModbusPlus是一種典型的令牌環(huán)網(wǎng)，完整定義了通訊協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、連接電纜（或者光纜）等方面的性能指標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備通過(guò)“令牌”的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，嚴(yán)格定義了令牌的傳遞方式，數(shù)據(jù)校驗(yàn)以及通訊端口等方面的技術(shù)參數(shù)。

Modbusplus總線協(xié)議是一種異步半雙工通訊的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，物理接口為RS485，通訊介質(zhì)采用屏蔽雙絞線或光纖。在鏈路層，Modbusplus采用IEEE802.2邏輯鏈路控制協(xié)議和IEEE802.4令牌總線媒體訪問(wèn)控制協(xié)議。在應(yīng)用層，Modbusplus采用Modbus的通訊協(xié)議，主要包括寄存器讀寫(xiě)、開(kāi)關(guān)量I/O等命令。Modbus協(xié)議在Modbusplus網(wǎng)絡(luò)中使用時(shí)，要將傳遞的信息的內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的封裝，封裝格式有兩種ASCII和RTU。

Modbusplus可以采用雙電纜結(jié)構(gòu)，允許Modbusplus在兩條獨(dú)立的電纜上通訊，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊線路的冗余備份，適合高可靠性的應(yīng)用場(chǎng)合。2024/3/2133ModbusTCP/IP

由于Modbus主機(jī)/從機(jī)通信機(jī)理能很好地滿足確定性的要求，非常適合以太網(wǎng)中的客戶機(jī)/服務(wù)器的通信機(jī)理。1996年施耐德公司推出了基于以太網(wǎng)TCP/IP的Modbus協(xié)議，即為ModbusTCP/IP協(xié)議，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中，具有很高的性能價(jià)格比，是一種真正開(kāi)放的解決方案。施耐德公司的“透明工廠”就是基于ModbusTCP/IP技術(shù)。目前ModbusTCP/IP已作為現(xiàn)場(chǎng)總線使用，在PLC設(shè)備中也內(nèi)置網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器，使以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程I/O設(shè)備具備了在網(wǎng)上瀏覽該遠(yuǎn)程I/O狀態(tài)的功能。在設(shè)備層、控制層和信息層中都可以采用ModbusTCP/IP技術(shù)，能在監(jiān)控室或遠(yuǎn)程瀏覽連接到網(wǎng)絡(luò)的所有設(shè)備和智能傳感器。由于以太網(wǎng)已得到廣泛地應(yīng)用，技術(shù)成熟，設(shè)備成本低，使系統(tǒng)具有可延伸性、靈活性和高性能價(jià)格比等特點(diǎn)。2024/3/2134Modbus通信棧Modbus應(yīng)用層協(xié)議2024/3/2135Modbus是一種簡(jiǎn)單客戶機(jī)/服務(wù)器應(yīng)用協(xié)議客戶機(jī)能夠向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求服務(wù)器分析請(qǐng)求，處理請(qǐng)求，向客戶機(jī)發(fā)送應(yīng)答1.Modbus應(yīng)用協(xié)議2024/3/2136通用Modbus幀結(jié)構(gòu)－－協(xié)議數(shù)據(jù)單元

(PDU)Modbus是一個(gè)可選擇部分使用的協(xié)議

服務(wù)器可執(zhí)行部分Modbus協(xié)議Modbus由公共功能碼和用戶定義的功能碼組成Modbus應(yīng)用協(xié)議使用功能碼列表讀或?qū)憯?shù)據(jù)，或者在遠(yuǎn)程服務(wù)器上進(jìn)行遠(yuǎn)程處理讀/寫(xiě)寄存器列表，讀/寫(xiě)比特列表診斷，標(biāo)識(shí)

ADU:應(yīng)用數(shù)據(jù)單元PDU:協(xié)議數(shù)據(jù)單元2024/3/2137Modbus事務(wù)處理(無(wú)差錯(cuò))當(dāng)服務(wù)器對(duì)客戶機(jī)響應(yīng)時(shí)，它使用功能碼域來(lái)指示正常（無(wú)差錯(cuò)）響應(yīng)或者出現(xiàn)某種差錯(cuò)（稱為異常響應(yīng)）對(duì)于一個(gè)正常響應(yīng)來(lái)說(shuō)，服務(wù)器僅復(fù)制原始功能碼2024/3/2138Modbus事務(wù)處理(異常響應(yīng))SM6對(duì)于異常響應(yīng)，服務(wù)器將原始功能碼的最高有效位設(shè)置邏輯1后返回異常碼指示差錯(cuò)類型2024/3/2139Modbus最初在串行鏈路上的實(shí)現(xiàn)（最大RS485ADU=256字節(jié)）限制了ModbusPDU的長(zhǎng)度。因此，對(duì)串行鏈路通信來(lái)說(shuō)，ModbusPDU=256-服務(wù)器地址（1字節(jié)）-CRC（2字節(jié)）＝253字節(jié)。從而：RS232/RS485ADU=253字節(jié)+服務(wù)器地址(1字節(jié))+CRC(2字節(jié))=256字節(jié)。TCPModbusADU=253字節(jié)+MBAP(7字節(jié))=260字節(jié)。ModbusPDU長(zhǎng)度2024/3/2140ModbusPDU結(jié)構(gòu)Modbus請(qǐng)求PDU

mb_req_pdu={function_code,request_data},

function_code-[1字節(jié)]Modbus功能碼

request_data-[n字節(jié)]Modbus響應(yīng)PDU

mb_rsp_pdu={function_code,response_data},

function_code-[1字節(jié)]Modbus功能碼

response_data-[n字節(jié)]Modbus異常響應(yīng)PDU

mb_excep_rsp_pdu={function_code,exception_code},

function_code-[1字節(jié)]Modbus功能碼

+0x80exception_code–[1字節(jié)]2024/3/2141Modbus的數(shù)據(jù)模型是以一組具有不同特征的表為基礎(chǔ)建立的四個(gè)基本表為：Modbus

數(shù)據(jù)模型基本表對(duì)象類型訪問(wèn)類型注釋離散量輸入單個(gè)位只讀I/O系統(tǒng)可提供這種類型數(shù)據(jù)線圈單個(gè)位讀寫(xiě)通過(guò)應(yīng)用程序可改變這種類型數(shù)據(jù)輸入寄存器16位字只讀I/O系統(tǒng)可提供這種類型數(shù)據(jù)保持寄存器16位字讀寫(xiě)通過(guò)應(yīng)用程序可改變這種類型數(shù)據(jù)2024/3/2142Modbus公共功能碼的定義

功能碼

碼子碼（十六進(jìn)制）

數(shù)據(jù)訪問(wèn)

位訪問(wèn)物理離散量輸入讀離散量輸入02

02內(nèi)部位或物理線圈讀線圈01

01寫(xiě)單個(gè)線圈05

05寫(xiě)多線圈15

0F

16位訪問(wèn)輸入寄存器讀輸入寄存器04

04內(nèi)部寄存器或物理輸出寄存器讀保持寄存器03

03寫(xiě)單寄存器06

06寫(xiě)多寄存器16

10讀/寫(xiě)多寄存器23

17屏蔽寫(xiě)寄存器22

16讀FIFO隊(duì)列24

18文件記錄訪問(wèn)讀文件記錄20614寫(xiě)文件記錄21615

診

斷讀異常狀態(tài)07

診斷0800-18

獲得通信事件計(jì)數(shù)器11

OB獲得通信事件記錄12

0C報(bào)告從站ID17

11讀設(shè)備識(shí)別碼43142B其它封裝接口傳輸43

2B2024/3/2143Modbus功能碼應(yīng)用實(shí)例(1)讀線圈01(0x01)請(qǐng)求響應(yīng)*N＝寄存器的數(shù)量/8，如果余數(shù)不等于0，那么N=N+1錯(cuò)誤功能碼1字節(jié)0x01起始地址2字節(jié)0x0000至0xFFFF線圈數(shù)量2字節(jié)1至2000（0x7D0）功能碼1字節(jié)0x01字節(jié)計(jì)數(shù)1字節(jié)N*線圈狀態(tài)n字節(jié)n＝N或N+1功能碼1字節(jié)功能碼＋0x80異常碼1字節(jié)01或02或03或042024/3/2144讀多個(gè)寄存器03(0x03)請(qǐng)求

響應(yīng)*N＝寄存器數(shù)量錯(cuò)誤功能碼1字節(jié)0x03起始地址2字節(jié)0x0000至0xFFFF寄存器數(shù)量2字節(jié)1至125（0x7D）功能碼1字節(jié)0x03字節(jié)數(shù)1字節(jié)2×N*寄存器值N*×2字節(jié)

差錯(cuò)碼1字節(jié)0x83異常碼1字節(jié)01或02或03或04Modbus功能碼應(yīng)用實(shí)例(2)2024/3/2145Modbus功能碼應(yīng)用實(shí)例(3)寫(xiě)多個(gè)寄存器16(0x10)請(qǐng)求*N＝寄存器數(shù)量響應(yīng)錯(cuò)誤功能碼1字節(jié)0x10起始地址2字節(jié)0x0000至0xFFFF寄存器數(shù)量2字節(jié)0x0001至0x0078字節(jié)計(jì)數(shù)1字節(jié)2×N*寄存器值N*×2字節(jié)值功能碼1字節(jié)0x10起始地址2字節(jié)0x0000至0xFFFF寄存器數(shù)量2字節(jié)1至123（0x7B）差錯(cuò)碼1字節(jié)0x90異常碼1字節(jié)01或02或03或042024/3/2146Modbus協(xié)議在串行鏈路上的實(shí)現(xiàn)

主要介紹Modbus協(xié)議在串行標(biāo)準(zhǔn)如RS232、RS485上的實(shí)現(xiàn)規(guī)范層ISO/OSI模型

7應(yīng)用層Modbus應(yīng)用協(xié)議6表示層空5會(huì)話層空4傳輸層空3網(wǎng)絡(luò)層空2數(shù)據(jù)鏈路層Modbus串行鏈路協(xié)議

1物理層EIA/TIA-485(或

EIA/TIA232)Modbus協(xié)議在串行鏈路上的實(shí)現(xiàn)2024/3/2147串行鏈路上的Modbus幀結(jié)構(gòu)Modbus串行鏈路協(xié)議是一個(gè)主/從協(xié)議網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)從站必須有唯一的地址（從1到24