13661782675
運用 ModBus 通信協議，實現電子秤 與 PLC 的實時通信
上海彩信電子科技有限公司 陳東富
【摘 要】 本文介紹了在工業控制系統中廣泛使用的 ModBus 通信協議。以 ModBus 的 ASCII 方
式為例，剖析了 ModBus 的指令結構，著重說明基于 ModBus 通信協議的設備之間如何進行數據通 信、如何使用 ModBus 通信協議把衡器接入 PLC 系統，并簡單介紹了 PLC 系統與局域網的互聯。 【關鍵詞】 ModBus 通信協議；PLC 可編程控制器；衡器
在衡器行業中，但凡涉及串行通信時，工程師們都會有一種無奈，就是通信協議問題。由于我 國衡器廠眾多，各自采用自己的通信協議，使得通信協議五花八門，互不兼容。由于是自成一體， 也為后續與其他系統聯網、維修、儀表配件互換等留有后遺問題。若采用一種工業控制領域的主流 協議，各衡器廠的通信協議都與這個主流協議兼容，那么上述問題自然迎刃而解。這個主流協議首 推 ModBus。
一、什么是 ModBus
ModBus 是一種通信協議，是由 Modicon 公司發表于 1979 年，主要用于 PLC（可編程邏輯控 制器）系統。目前，在工業自動化設備通信連接中，ModBus 已是相當常見的一種連接方式。
二、ModBus 與其他通信協議比較
1、物理層簡單、價廉：ModBus 可以在常用且廉價的 RS232、RS485 等物理媒介上運行，不像
CanBus、ProfiBus、BitBus 等需昂貴的芯片支持。
2、免費：ModBus 是一種公開的，可以無償使用的協議。而使用 ProfiBus 則需要向有關組
織登記繳費。
3、使用普及：ModBus 是當前工業控制中使用zui廣的一種通信協議，基于這點，具有 ModBus
的設備接入工控系統相對容易。
4、維護方便：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 機都可以接入，使用 PC 機自帶的超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。
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 碼進行數據交換，使用縱向冗余校驗的校驗和（LRC）進行數據
校驗。
2、RTU 型式：采用二進制碼進行數據交換，使用循環冗余校驗的校驗和（CRC）進行數據校
驗。
3、TCP/IP 型式：主要用于以太網，不使用校驗和進行數據校驗。
4、Plus 型式：該型式為 Modicon 公司專有，采用專門的協處理器進行數據處理。 目前，使用zui廣泛的型式是 ASCII 和 RTU，主要采用 RS232、RS422、RS485 進行物理連接，
其中 RS485 使用zui多。
四、ModBus 的結構
ModBus 協議是一個 master（主）/slave（從）架構的協議。有一個節點是 master 節點，其他使 用 Modbus 協議參與通信的節點是 slave 節點。每一個 slave 設備都有一個*的地址。ModBus 的 通信比較簡單，由 master 發通信指令，指令中含有欲于之通信的 slave 站號。當 master 發指令時， 所有 slave 都處于收聽狀態，一旦 slave 收聽到與自己地址相同的站號時，立刻執行指令的內容，并
回傳執行的結果。
五、ASCII 型式的 ModBus 通信協議的格式
在 ModBus 上通信時，各站點的通信參數必須一致，如：波特率、奇偶校驗。 通信時，一個信息字節中的每 8 位分為兩個 ASCII 字符進行傳輸，允許字符傳輸間隔在 1 秒之
內。
1、ASCII 型式每一字節的格式
16 進制編碼，ASCII 字符（0-9、A-F），即：0x30-0x39、0x41-0x46。
1 位開始位、7 位數據位（先低后高）、1 位奇偶校驗（無奇偶校驗時為 0）、1 位停止位。
2、數據錯誤校驗采用縱向冗余校驗（LRC）
3、通信幀格式（ModBus 命令格式）
| 開始 | 地址（站號） | 功能 | 數據 | 校驗（LRC） | 結束 |
| | | | | | |
| ：（0x | xx | xx | x... | xx | CR、LF（0x0d、0x |
| | | | | | |
| 1 字符 | 2 字符 | 2 字符 | N 字符 | 2 字符 | 2 字符 |
| | | | | | |
一個基本的 ModBus 命令，除了開始、校驗、結束字符外，還必須有地址項及功能項。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。ModBus
命令可以沒有數據項。
被操作的對象，在完成所要求的操作后，必須回傳一幀信息，傳遞操作結果?；貍餍畔⒌母袷?/p>
與命令格式相同，只是數據內容為操作的結果。
六、利用 ModBus，實現 PLC 與電子稱重設備的通信
為了使大家對 Modbus 有更進一步的了解，下面用例子方式說明如何把電子稱重設備接入 PLC 控制系統的 Modbus 總線網絡。例子中的稱重儀表為上海彩信電子科技有限公司生產的 XK
中傳輸的數據，正常工作時是移除的。
上述系統可實現以下功能：
1、正常工作時，PLC 每隔 10 秒輪詢一次，獲取每臺秤的重量。
2、當秤臺上重量異常時，PLC 會發出警告信息，提示控制室人員注意。
3、控制人員可以通過 PLC，對某臺秤發出置零、去皮等操作指令。
4、PLC 可對各臺秤的稱量，進行各項統計，生成必要的統計報表。
七、ModBus 與局域網互連
現在，很多 PLC 都具有局域網接口，通過該接口，就可以遠程控制稱重系統了。當然，也可 以通過接在 Modbus 總線上的 PC 機，利用 PC 機的軟、硬件資源，編制相應的軟件，將重量信號傳 送到局域網上。若局域網通過路由器接入因特網，很顯然重量數據就可以在因特網上傳輸了。本系 統是通過 PLC 的 DH+網絡接入局域網的。當然，網絡部分使用的協議，* TCP/IP、NetBEUI。 Modbus 也有相關的 TCP/IP 型式，這里就不再贅述了，大家可以參考相關的書籍。
上述的稱重系統只是 PLC 的一個子系統，是后期改造的一個項目。其整個 PLC 系統（見圖 2） 是采用美國 ROCKWELL 公司的 PLC，共有 5 臺 PLC 機箱（采用 PLC5 系列）、4 臺工控機和 2 臺 服務器、若干臺 PC 組成的。PLC 采用 ROCKWELL 公司的 DH+網絡連接，使用 DF1 協議；其中 1
附錄： XK 說明 報頭 站號 功能碼 首址 數據量 數據值 校驗碼 報尾 指令 ： xx xx xxxx xxxx xxxx LRC \CR\ LF 回傳 ： xx xx xx xxxx LRC \CR \ LF 出錯 ： xx xx xx LRC \CR 回傳 zui高位置 1 錯誤碼 \ LF
報頭、報尾：所有指令均以冒號（：）開始，以回車符、換行符結束。 站號：2 個 ASCII 碼，范圍為 01-90（16 進制：0x01-0x
02：讀繼電器輸出狀態；
04：讀稱量狀態（顯示值、皮重等）；
05：置零操作；
06：皮重操作；
07：通信測試；
08：讀定值；
09：寫定值。
首址：4 個 ASCII 碼，讀寫數據的位置。
數據量：4 個 ASCII 碼，讀寫數據的數量。
數據值：讀寫的數據。
校驗碼：2 個 ASCII 碼，采用 LRC 校驗。
LRC 校驗碼運算：報頭（：）不參與運算，LRC 在數據之后，在\CR\LF 之前。參加運算的是報 頭之后，LRC 之前的所有數據。LRC 為參加運算的數據之和的補碼，舍去進位。
當儀表執行指令出錯時，會回傳錯誤碼，并將功能碼的zui高位置 1。
錯誤碼： 00--接收到的功能碼出錯； 01--數據地址錯； 02--數據數量錯；
03--數據值錯，如：預置皮重大于zui大稱量 FS；
04--稱量為負時去皮；
05--不在稱重狀態時置零；
銷售代表：郭曉金
：
：
公司地址：上海市松江區沈磚公路5599號
請輸入賬號
請輸入密碼
請輸驗證碼
以上信息由企業自行提供，信息內容的真實性、準確性和合法性由相關企業負責，化工儀器網對此不承擔任何保證責任。
溫馨提示：為規避購買風險，建議您在購買產品前務必確認供應商資質及產品質量。
