在衡器行業(yè)中，但凡涉及串行通信時(shí)，工程師們都會有一種無奈，就是通信協(xié)議問題。由于我國衡器廠眾多，各自采用自己的通信協(xié)議，使得通信協(xié)議五花八門，互不兼容。由于是自成一體，也為后續(xù)與其他系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、維修、儀表配件互換等留有后遺問題。若采用一種工業(yè)控制領(lǐng)域的主流協(xié)議，各衡器廠的通信協(xié)議都與這個主流協(xié)議兼容，那么上述問題自然迎刃而解。這個主流協(xié)議* ModBus。

一、什么是 ModBus

ModBus 是一種通信協(xié)議，是由 Modicon 公司發(fā)表于 1979 年，主要用于 PLC（可編程邏輯控制器）系統(tǒng)。目前，在工業(yè)自動化設(shè)備通信連接中，ModBus 已是相當(dāng)常見的一種連接方式。

二、ModBus 與其他通信協(xié)議比較

1、物理層簡單、價(jià)廉：ModBus 可以在常用且廉價(jià)的 RS232、RS485 等物理媒介上運(yùn)行，不像CanBus、ProfiBus、BitBus 等需昂貴的芯片支持。

2、免費(fèi)：ModBus 是一種公開的，可以無償使用的協(xié)議。而使用 ProfiBus 則需要向有關(guān)組織登記繳費(fèi)。

3、使用普及：ModBus 是當(dāng)前工業(yè)控制中使用廣的一種通信協(xié)議，基于這點(diǎn)，具有 ModBus的設(shè)備接入工控系統(tǒng)相對容易。

4、維護(hù)方便：由于接入 ModBus 總線相對其他工控總線而言，比較簡單。一般具有 RS232、RS485 等串行口的 PC 機(jī)都可以接入，使用 PC 機(jī)自帶的級終端軟件或其他串行控制軟件，就能觀察 ModBus 通信過程，可以很方便地查出故障站點(diǎn)。

三、ModBus 的主要型式

ModBus 主要有四種型式：ASCII、RTU、TCP/IP 和 Plus。

1、ASCII 型式：采用 ASCII 碼進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，使用縱向冗余校驗(yàn)的校驗(yàn)和（LRC）進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)。

2、RTU 型式：采用二進(jìn)制碼進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，使用循環(huán)冗余校驗(yàn)的校驗(yàn)和（CRC）進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)。

3、TCP/IP 型式：主要用于以太網(wǎng)，不使用校驗(yàn)和進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)。

4、Plus 型式：該型式為 Modicon 公司專有，采用專門的協(xié)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

目前，使用廣泛的型式是 ASCII 和 RTU，主要采用 RS232、RS422、RS485 進(jìn)行物理連接，其中 RS485 使用多。

四、ModBus 的結(jié)構(gòu)

ModBus 協(xié)議是一個 master（主）/slave（從）架構(gòu)的協(xié)議。有一個節(jié)點(diǎn)是 master 節(jié)點(diǎn)，其他使用 Modbus 協(xié)議參與通信的節(jié)點(diǎn)是 slave 節(jié)點(diǎn)。每一個 slave 設(shè)備都有一個的地址。ModBus 的通信比較簡單，由 master 發(fā)通信指令，指令中含有欲于之通信的 slave 站號。當(dāng) master 發(fā)指令時(shí)，所有 slave 都處于收聽狀態(tài)，一旦 slave 收聽到與自己地址相同的站號時(shí)，立刻執(zhí)行指令的內(nèi)容，并回傳執(zhí)行的結(jié)果。

五、ASCII 型式的 ModBus 通信協(xié)議的格式

在 ModBus 上通信時(shí)，各站點(diǎn)的通信參數(shù)必須一致，如：波特率、奇偶校驗(yàn)。

通信時(shí)，一個信息字節(jié)中的每 8 位分為兩個 ASCII 字符進(jìn)行傳輸，允許字符傳輸間隔在 1 秒之內(nèi)。

1、ASCII 型式每一字節(jié)的格式

16 進(jìn)制編碼，ASCII 字符（0-9、A-F），即：0x30-0x39、0x41-0x46。

1 位開始位、7 位數(shù)據(jù)位（先低后高）、1 位奇偶校驗(yàn)（無奇偶校驗(yàn)時(shí)為 0）、1 位停止位。

2、數(shù)據(jù)錯誤校驗(yàn)采用縱向冗余校驗(yàn)（LRC）

3、通信幀格式（ModBus 命令格式）

一個基本的 ModBus 命令，除了開始、校驗(yàn)、結(jié)束字符外，還必須有地址項(xiàng)及功能項(xiàng)。地址——也就是站號，想要被操作的對象（slave 站號）；功能——想要被操作的對象完成的任務(wù)。ModBus命令可以沒有數(shù)據(jù)項(xiàng)。

被操作的對象，在完成所要求的操作后，必須回傳一幀信息，傳遞操作結(jié)果?；貍餍畔⒌母袷脚c命令格式相同，只是數(shù)據(jù)內(nèi)容為操作的結(jié)果。

六、利用 ModBus，實(shí)現(xiàn) PLC 與電子稱重設(shè)備的通信

為了使大家對 Modbus 有更進(jìn)一步的了解，下面用例子方式說明如何把電子稱重設(shè)備接入 PLC控制系統(tǒng)的 Modbus 總線網(wǎng)絡(luò)。例子中的稱重儀表為上海彩信電子科技有限公司生產(chǎn)的 XK311增強(qiáng)型儀表。本例中，1 臺 PLC 作為主機(jī)（master），10 臺電子秤作為從機(jī)（slave），使用 XK311增強(qiáng)型儀表作為電子秤顯示儀表，從機(jī)地址為 70、71、72、....79。通過 RS485 連接 PLC 和各儀表，采用 ModBus ASCII 通信協(xié)議。PLC 可以對各臺儀表進(jìn)行置零、去皮、讀取重量等多項(xiàng)操作。稱重系統(tǒng)示意圖如圖 1 所示，圖中的計(jì)算機(jī)是在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)接入 RS485 總線的，用以觀察 RS485中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，正常工作時(shí)是移除的。

上述系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下功能：

1、正常工作時(shí)，PLC 每隔 10 秒輪詢一次，獲取每臺秤的重量。

2、當(dāng)秤臺上重量異常時(shí)，PLC 會發(fā)出警告信息，提示控制室人員注意。

3、控制人員可以通過 PLC，對某臺秤發(fā)出置零、去皮等操作指令。

4、PLC 可對各臺秤的稱量，進(jìn)行各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)，生成必要的統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

七、ModBus 與局域網(wǎng)互連

現(xiàn)在，很多 PLC 都具有局域網(wǎng)接口，通過該接口，就可以遠(yuǎn)程控制稱重系統(tǒng)了。當(dāng)然，也可以通過接在 Modbus 總線上的 PC 機(jī)，利用 PC 機(jī)的軟、硬件資源，編制相應(yīng)的軟件，將重量信號傳送到局域網(wǎng)上。若局域網(wǎng)通過路由器接入因特網(wǎng)，很顯然重量數(shù)據(jù)就可以在因特網(wǎng)上傳輸了。本系統(tǒng)是通過 PLC 的 DH+網(wǎng)絡(luò)接入局域網(wǎng)的。當(dāng)然，網(wǎng)絡(luò)部分使用的協(xié)議，* TCP/IP、NetBEUI。Modbus 也有相關(guān)的 TCP/IP 型式，這里就不再贅述了，大家可以參考相關(guān)的書籍。

上述的稱重系統(tǒng)只是 PLC 的一個子系統(tǒng)，是后期改造的一個項(xiàng)目。其整個 PLC 系統(tǒng)是采用美國 ROCKWELL 公司的 PLC，共有 5 臺 PLC 機(jī)箱（采用 PLC5 系列）、4 臺工控機(jī)和 2 臺服務(wù)器、若干臺 PC 組成的。PLC 采用 ROCKWELL 公司的 DH+網(wǎng)絡(luò)連接，使用 DF1 協(xié)議；其中 1臺 PLC 與稱重系統(tǒng)采用 RS485 連接，使用 Modbus 協(xié)議；DH+網(wǎng)絡(luò)通過 1 臺作為連接橋的工控機(jī)，連入局域網(wǎng)。工控機(jī)上的監(jiān)控軟件是 RSVIEW32，操作人員通過該軟件的人機(jī)界面，觀察各項(xiàng)數(shù)據(jù)，發(fā)出各項(xiàng)指令，當(dāng)然也包括稱重?cái)?shù)據(jù)及指令。另外，局域網(wǎng)上的 PC 機(jī)也安裝了 RSVIEW32 軟件，只不過取消了操作指令，但可以通過該軟件觀察各項(xiàng)數(shù)據(jù)，便于其他相關(guān)人員關(guān)注設(shè)備運(yùn)行情況。

八、結(jié)束語

本文簡單介紹了 ModBus 通信協(xié)議，例舉了電子秤采用 RS485 串行接口接入 PLC 系統(tǒng)，用ModBus 通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)與 PLC 的實(shí)時(shí)通信。由于水平有限，如有錯誤的地方，望諒解。

PLC 程序采用的是梯形圖，其中有對串行口進(jìn)行操作的梯形圖，設(shè)置圖中的相關(guān)屬性，如波特率、奇偶校驗(yàn)，把相關(guān)的 Modbus 操作命令寫入其中即可。有關(guān) PLC 的編程請參閱 ROCKWELL 公司的《PLC5 指令系統(tǒng)與使用說明》。