摘 要：ModBUS協(xié)議具有偵錯(cuò)能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸量大、實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)，因而成為目前自控領(lǐng)域使用非常廣泛的通訊語(yǔ)言。本文通過(guò)一個(gè)應(yīng)用實(shí)例介紹如何利用微機(jī)編程實(shí)現(xiàn)在線通訊ModBUS消息環(huán)的工作過(guò)程，在可視化語(yǔ)言環(huán)境下完成地址域、功能代碼域、數(shù)據(jù)域的分配及CRC校驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程控制單元數(shù)據(jù)傳輸。 關(guān)鍵詞：ModBUS協(xié)議、查詢、回應(yīng)、RTU模式、CRC校驗(yàn) 引言 在燃?xì)庑顭崾礁G爐控制系統(tǒng)中，不僅需要將溫度、壓力、流量等模擬參數(shù)進(jìn)行采集、計(jì)算控制輸出至執(zhí)行器，同時(shí)還應(yīng)將火焰狀態(tài)、電磁閥狀態(tài)、換相閥狀態(tài)進(jìn)行采集，隨時(shí)控制點(diǎn)火器點(diǎn)火，并進(jìn)行周期性換相，換相周期會(huì)根據(jù)溫度的不同而變化。面對(duì)眾多參量的采集控制，需要建立時(shí)變系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式進(jìn)行復(fù)雜的多相關(guān)變量的運(yùn)算，得到穩(wěn)定輸出以控制相關(guān)變量。事實(shí)上，取得大量數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，單靠低端的數(shù)字控制設(shè)備難以完成。通常的做法是信號(hào)的數(shù)據(jù)采集、濾波、簡(jiǎn)單PID運(yùn)算、輸出量、及輸出量的互鎖由低端控制器完成。為了完成上述功能，我們采用ABB公司生產(chǎn)的PLC，配置如下： 名稱 數(shù)量 描述 07KT51 1塊 50CPU，8DI，6DO XM06B5 2塊 Extension I/O,4AI,2AO XK08F1 1塊 Extension I/O,4DI,6DO PLC軟件采用AC31 SOFTWARE，上位機(jī)程序用VB編制，實(shí)現(xiàn)與上位工控機(jī)通訊的過(guò)程中需要使用MODBUS協(xié)議。本文重點(diǎn)介紹其通訊實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。 一、 MODBUS簡(jiǎn)介 MODBUS協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器的一種通訊語(yǔ)言。利用這個(gè)協(xié)議，控制器相互之間（例如485、232C等），控制器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其他設(shè)備之間進(jìn)行通訊。它定義了一種控制器能認(rèn)識(shí)使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是通過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)；描述的是控制器請(qǐng)求訪問(wèn)其它設(shè)備的過(guò)程，如何回應(yīng)來(lái)自其它設(shè)備的請(qǐng)求，以及怎樣偵錯(cuò)并記錄；制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。 MODBUS通訊實(shí)現(xiàn)有兩種傳輸模式（ASCII或RTU），ABB公司的50系列PLC產(chǎn)品采用的是RTU（遠(yuǎn)程終端單元）模式，在消息中的每個(gè)8Bit字節(jié)包含兩個(gè)4Bit的十六進(jìn)制字符。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：在同樣的波特率下，可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù)。 1、代碼系統(tǒng)： · 8位二進(jìn)制，十六進(jìn)制數(shù)0...9，A...F · 消息中的每個(gè)8位域都是一個(gè)兩個(gè)十六進(jìn)制字符組成每個(gè)字節(jié)的位 · 1個(gè)起始位 · 8個(gè)數(shù)據(jù)位，最小的有效位先發(fā)送 · 1個(gè)奇偶校驗(yàn)位，無(wú)校驗(yàn)則無(wú) · 1個(gè)停止位（有校驗(yàn)時(shí)），2個(gè)Bit（無(wú)校驗(yàn)時(shí)） · 錯(cuò)誤檢測(cè)域 CRC（循環(huán)冗長(zhǎng)檢測(cè)） 2、基于RS485的RTU模式MODBUS通訊格式為： 它定義了在這些網(wǎng)絡(luò)上連續(xù)傳輸?shù)南⒍蔚拿恳晃?，以及決定怎樣將信息打包成消息域和如何解碼。 3、其查詢回應(yīng)周見(jiàn)下圖： （1）查詢 查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設(shè)備要執(zhí)行何種功能。數(shù)據(jù)段包含了從設(shè)備要執(zhí)行功能的任何附加信息。例如功能代碼03是要求從設(shè)備讀保持寄存器并返回它們的內(nèi)容。數(shù)據(jù)段必須包含要告之從設(shè)備的信息：從何寄存器開(kāi)始讀及要讀的寄存器數(shù)量。錯(cuò)誤檢測(cè)域?yàn)閺脑O(shè)備提供了一種驗(yàn)證消息內(nèi)容是否正確的方法。 （2）回應(yīng) 如果從設(shè)備產(chǎn)生一正常的回應(yīng)，在回應(yīng)消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能代碼的回應(yīng)。數(shù)據(jù)段包括了從設(shè)備收集的數(shù)據(jù)：象寄存器值或狀態(tài)。如果有錯(cuò)誤發(fā)生，功能代碼將被修改以用于指出回應(yīng)消息是錯(cuò)誤的，同時(shí)數(shù)據(jù)段包含了描述此錯(cuò)誤信息的代碼。錯(cuò)誤檢測(cè)域允許主設(shè)備確認(rèn)消息內(nèi)容是否可用。 二、通訊的實(shí)現(xiàn)： 1、PLC端設(shè)置： 07KT51在出廠時(shí)擁有默認(rèn)設(shè)置：該中心單元為從設(shè)備，波特率為19200，1位停止位，8位數(shù)據(jù)位，無(wú)校驗(yàn)位。有關(guān)數(shù)據(jù)采集的端口、傳輸變量的物理地址的計(jì)算，功能代碼的涵義，校驗(yàn)等等，在AC31說(shuō)明書上已有了詳盡的介紹，在此不復(fù)贅述。事實(shí)上，由于AC31對(duì)MODBUS的封裝，使我們的通訊工作變的異常簡(jiǎn)單，有了通訊參數(shù)，調(diào)用通訊功能模塊，無(wú)須進(jìn)行通訊過(guò)程的代碼描述。下面是一個(gè)取地址的例子： 定義一個(gè)輸出量O 62.15和內(nèi)存變量M 232.01的地址為: O 62.15=4096+（16＊62）+15=5103 M 232.01=8192+（16＊232）+1=11905 當(dāng)然,根據(jù)AC31提供的地址表進(jìn)行推算,使過(guò)程顯得更容易。 2、 工控機(jī)的設(shè)置： （1）、進(jìn)行端口的配置。端口采用MOXA公司生產(chǎn)的Transio 53智能型RS232與RS422/485雙向轉(zhuǎn)換器，充分利用其傳輸速率: 50 bps～ 921.6 Kps帶寬，內(nèi)建終端電阻的特性，保證長(zhǎng)達(dá)1000米的通訊不受干擾。特別是當(dāng) 2 個(gè)信號(hào)在 RS-422/485 端短接在一起時(shí)，具有電流過(guò)載保護(hù)功能；浪涌保護(hù):（25 KV ESD ），光電隔離（2 KV）等特性，為系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠運(yùn)行提供了硬件保障。軟件利用VB 實(shí)現(xiàn)，在VB中通過(guò)Timer控件定時(shí)引用Mscomm控件實(shí)現(xiàn)串口通訊，利用窗體加載事件對(duì)其初始化： Private Sub From_Load（ ） Timer1.Enabled=True Timer1.Interval=500 ‘定時(shí)傳輸間隔為500毫秒 Mscomm1.Commport=1 ‘通訊串口選擇Com1 Mscomm1.Settings=”19200,n,8,1” ‘通訊參數(shù)設(shè)置 Mscomm1.OutBufferSize=0 ‘清除緩沖區(qū) Mscomm1.InputMod=1 ‘采用二進(jìn)制通訊 End Sub （2）、Modbus的CRC校驗(yàn)： 使用RTU模式，消息包括了一基于CRC方法的錯(cuò)誤檢測(cè)域。 CRC域是兩個(gè)字節(jié)，包含一16位的二進(jìn)制值，它由傳輸設(shè)備計(jì)算后加入到消息中。接收設(shè)備重新計(jì)算收到消息的CRC，并與接收到的CRC域中的值比較，如果兩值不同，則有誤。 CRC校驗(yàn)運(yùn)算需要對(duì)位操作，根據(jù)Modbus的相關(guān)介紹用VC++做一個(gè)動(dòng)態(tài)連接庫(kù)函數(shù)checkCRC。 CRC簡(jiǎn)單函數(shù)如下： unsigned short CRC16（puchMsg, usDataLen） unsigned char ＊puchMsg ; /＊ 要進(jìn)行CRC校驗(yàn)的消息 ＊/ unsigned short usDataLen ; /＊ 消息中字節(jié)數(shù) ＊/ ｛ unsigned char uchCRCHi = 0xFF ; /＊ 高CRC字節(jié)初始化 ＊/ unsigned char uchCRCLo = 0xFF ; /＊ 低CRC 字節(jié)初始化 ＊/ unsigned uIndex ; /＊ CRC循環(huán)中的索引 ＊/ while （usDataLen——） /＊ 傳輸消息緩沖區(qū) ＊/ ｛ uIndex = uchCRCHi ︿ ＊puchMsg++ ; /＊ 計(jì)算CRC ＊/ uchCRCHi = uchCRCLo ︿ auchCRCHi[uIndex｝ ; uchCRCLo = auchCRCLo[uIndex] ; ｝ return （uchCRCHi << 8 | uchCRCLo） ; ｝ /＊ CRC 高位字節(jié)值表 ＊/ static unsigned char auchCRCHi[] = ｛ 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40 ｝ ; /＊ CRC低位字節(jié)值表＊/ static char auchCRCLo[] = ｛ 0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06, 0x07, 0xC7, 0x05, 0xC5, 0xC4, 0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD, 0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E, 0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09, 0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9, 0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A, 0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD, 0x1D, 0x1C, 0xDC, 0x14, 0xD4, 0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3, 0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3, 0xF2, 0x32, 0x36, 0xF6, 0xF7, 0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4, 0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D, 0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A, 0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38, 0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29, 0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE, 0x2E, 0x2F, 0xEF, 0x2D, 0xED, 0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26, 0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60, 0x61, 0xA1, 0x63, 0xA3, 0xA2, 0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67, 0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4, 0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F, 0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB, 0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68, 0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB, 0x7B, 0x7A, 0xBA, 0xBE, 0x7E, 0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5, 0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71, 0x70, 0xB0, 0x50, 0x90, 0x91, 0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92, 0x96, 0x56, 0x57, 0x97, 0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C, 0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E, 0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B, 0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88, 0x48, 0x49, 0x89, 0x4B, 0x8B, 0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C, 0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42, 0x43, 0x83, 0x41, 0x81, 0x80, 0x40 ｝ ;　 （3）、Modbus消息幀： 傳輸設(shè)備將Modbus消息轉(zhuǎn)為有起點(diǎn)和終點(diǎn)的幀，這就允許接收的設(shè)備在消息起始處開(kāi)始工作，讀地址分配信息，判斷哪一個(gè)變量被選中，判知何時(shí)信息已完成。部分消息也能偵測(cè)到錯(cuò)誤并且能設(shè)置為返回結(jié)果。使用RTU模式，消息發(fā)送至少要以3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓間隔開(kāi)始。傳輸?shù)牡谝粋€(gè)域是變量地址。可以使用的傳輸字符是十六進(jìn)制的0...9,A...F。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷偵測(cè)網(wǎng)絡(luò)總線，包括停頓間隔時(shí)間內(nèi)。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)域（地址域）接收到，每個(gè)設(shè)備都進(jìn)行解碼以判斷是否發(fā)往自己的。在最后一個(gè)傳輸字符之后，一個(gè)至少3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓標(biāo)定了消息的結(jié)束。一個(gè)新的消息可在此停頓后開(kāi)始。 整個(gè)消息幀必須作為一連續(xù)的流轉(zhuǎn)輸。如果在幀完成之前有超過(guò)1.5個(gè)字符時(shí)間的停頓時(shí)間，接收設(shè)備將刷新不完整的消息并假定下一字節(jié)是一個(gè)新消息的地址域。同樣地，如果一個(gè)新消息在小于3.5個(gè)字符時(shí)間內(nèi)接著前個(gè)消息開(kāi)始，接收的設(shè)備將認(rèn)為它是前一消息的延續(xù)。這將導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤，因?yàn)樵谧詈蟮腃RC域的值不可能是正確的。所以在通訊端口初始化時(shí)，Timer1定時(shí)間隔設(shè)置為500ms（根據(jù)PLC傳輸字的延遲時(shí)間決定）。 （4）、代碼實(shí)現(xiàn)過(guò)程： 在公共模塊做下面函數(shù)聲明： Declare Function W_checkCRC Lib "checkCRC.dll" （ByVal data0 As String,_ & ByVal data1 As Integer ） As String 以下是設(shè)置/讀取開(kāi)關(guān)量狀態(tài)： Private Sub Timer1_Timer（） Dim inbyte（） As Byte, outbyte（） As Byte Dim ReturnB As Boolean If ReturnB Then ReturnB = False If MSComm1.InBufferCount > 0 Then inbyte = MSComm1.Input n = UBound（inbyte） If n >= 1 and inbyte（3）>”03” Then ‘判斷是否有有數(shù)據(jù)讀取及功能代碼是否含有錯(cuò)誤 If inbyte（5） and 1 then ‘開(kāi)關(guān)量位處理 If inbyte（5） and 2 then ‘開(kāi)關(guān)量位處理 If inbyte（5） and 4 then ‘開(kāi)關(guān)量位處理 …… End If End If Else ‘發(fā)送主設(shè)備查詢消息 ReDim outbyte（6） outbyte（0） = addr1 ‘設(shè)備地址 outbyte（1） = option ‘功能代碼 outbyte（2） = 1 ‘?dāng)?shù)據(jù)量 outbyte（3） = data1 ‘?dāng)?shù)據(jù) ‘以下是校驗(yàn)碼 outbyte（4） = left（W_checkCRC（add1 & add2 & option & “1” _ & & data1,2） outbyte（5） = Mid（W_checkCRC（add1 & add2 & option & “1” _& & data1,3,2） MSComm1.InBufferCount = 0 MSComm1.Output = outbyte End If End Sub 三、結(jié)束語(yǔ) ModBus協(xié)議在工業(yè)控制系統(tǒng)中已經(jīng)應(yīng)用十分廣泛，但在多數(shù)系統(tǒng)中使用的是由專業(yè)供應(yīng)商提供的組態(tài)軟件，有時(shí)候使用組態(tài)軟件提供的數(shù)據(jù)格式并不能達(dá)到要求，直接使用ModBus協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊是十分有用的。 參考書目： 1、AC31 SOFTWARE www.abb.com/lowvoltage 2、《VB開(kāi)發(fā)人員指南》 Eric Brierley 1999-01 機(jī)械工業(yè)出版社