论ModBus通信技术在智能化仪器仪表中的应用

2018-05-14何莫

丝路视野 2018年10期

关键词：应用

何莫

【摘要】ModBus通信技术在智能化仪器仪表中的应用具有非常重要的意义，因此需要重点加强研究。基于此，本文分析了ModBus通信技术在智能化仪器仪表中的应用。

【关键词】ModBus通信技术；智能化仪器儀表；应用

一、Modbus简介

Modbus协议是应用在电子控制器上的一种通用语言，已经成为一通用工业标准。Modbus采用主从应答方式，即只有一个设备作为主机能主动发送询问信息，其它设备都是作为从机响应主机的命令或将所需的信息返回至主机。Modbus协议有两种传输模式：ASCII模式和RTU模式。同波特率下，RTU模式较ASCII模式能传输更多的数据，所以工业网络大都采用RTU模式。此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。许多工业设备，包括PLC，DCS，智能仪表等都在使用Mod-bus协议作为他们之间的通讯标准。

二、硬件配置

（一）PLC

CP341模块式S7-300/400PLC中支持Modbus串行通信，CP341有一个通信口，接口类型可以选择，可以插在分布式从站ET200M上使用，支持主站或者从站。CP341加载Modbus（RTU）格式通信协议，必须配置相应软件，在软件中含有协议转换器Dongle，使用时将Dongle插入CP341后面的插槽中。软件的组态步骤如下：（1）新建项目，打开STEP7，选择菜单“File”→“New”新建一个项目，在“Name”中输入项目名称。（2）插入一个“SIMATIC300Station”，然后对硬件进行组态，按安装顺序依次插入机架、电源、CPU、CP341。（3）双击“CP341”栏，在弹出界面中点击“参数”（parame-ters）按钮，进入协议选择界面，选择“Modbusslave”驱动，连接PLCMPI接口使之成为联机状态，双击“loaddrives”栏，加载ModbusRTU协议到通信处理器（Dongle）中。CPU必须处于“stop”模式，点击“loaddrives”栏，加载过程启动，完成后离线与在线的版本将匹配。（4）在线将组态数据和参数分配数据从编程设备下载到CPU，菜单命令PLC→下载（download）。下载CPU立即接受参数。

（二）DCS

DCS硬件包括SM3310和SM020。（1）SM020模块和利时SM系列Modbus通讯模块，同时支持Profibus-DP总线协议与Modbus协议，通过Profibus-DP总线与控制器进行参数与数据交换实现DP从站功能，并通过Modbus协议接收或者发送Modbus数据包，支持功能码01、02、03、04、05、06、0F、10。SM020模块在Modbus一侧既可以做Modbus主站，也可以做Modbus从站。支持的最大从站数必须同时满足输入/输出数据长度最多各1000byte，输入/输出数据之和最大1200byte，以及从站数目小于等于22的约束条件。SM020采用模块化设计，整体为欧式插件结构，机笼安装卡销固定，支持热插拔。模块与机笼槽位依据配套防混销识别定位，有效防止错位对硬件造成的损伤。（2）SM3310是SM系列硬件产品的通用端子模块。用过25芯传输电缆与对应基隆地板连接，实现现场信号到功能模块的相互转接和传递。

三、ModBus通信技术在智能化仪器仪表中的应用

ModBus以报文的形式传输信息。报文是网络中交换与传输的数据单元，报文包含了将要发送的完整的数据信息，也是网络传输的单位，传输过程中会不断的封装成分组、包、帧来传输，封装的方式就是添加一些信息段，这些字段就是报文头。

RTU（RemoteTerminalUnit）即远程终端模式，这种模式的典型报文格式如下。

RTU模式中，每个字节由11位组成，包括1个起始位、8个数据位、1个奇偶校验位和1个停止位，格式如下。

如果采用无校验格式，则校验位位置用停止位填充。最大的ModBusRTU报文长度为256字节。在RTU模式中，每条报文前至少需要3.5个字符时间的空闲间隔将各报文区分开来，添加了这3.5个字符间隔的报文序列，构成ModBusRTU的报文帧，如图1所示。在每个报文的传输过程中，必须以连续的字符流发送报文内容，如果两个字符之间的空闲间隔大于1.5个字符时间，那么认为此报文不完整，接收方接收到不完整的报文，将做被丢弃处理，不完整的报文如图2所示。在进行ModBusRTU模式程序设计时必须严格遵守这些时间要求和规定，否则将造成发送和接受的失败。