大同市-?解密Modbus通訊協(xié)議原理到實踐

發(fā)布時間：2024-01-11 瀏覽量：30154

Modbus通訊協(xié)議是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域的通訊協(xié)議。它為不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換提供了一種標(biāo)準(zhǔn)化的方式，使得各種設(shè)備和系統(tǒng)能夠相互通信和協(xié)作。

Modbus通訊協(xié)議概述

Modbus的歷史可以追溯到1979年，當(dāng)時它被設(shè)計用于連接電子控制器。隨著技術(shù)的發(fā)展，Modbus逐漸發(fā)展成為一個廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域的通訊協(xié)議。其工作原理基于主從原則，其中一個設(shè)備作為主設(shè)備，其他設(shè)備作為從設(shè)備。主設(shè)備發(fā)起通信請求，從設(shè)備響應(yīng)主設(shè)備的請求。

Modbus傳輸類型

Modbus支持串行通信和以太網(wǎng)通信兩種傳輸類型。串行通信包括RS-232和RS-485兩種模式，它們都使用物理層進(jìn)行通信。另一方面，以太網(wǎng)通信通過TCP/IP或UDP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

Modbus數(shù)據(jù)模型

Modbus數(shù)據(jù)模型定義了不同類型的寄存器以及寄存器的地址和數(shù)據(jù)類型。離散寄存器用于存儲布爾值，輸入寄存器和保持寄存器用于存儲不同類型的數(shù)據(jù)。寄存器的地址唯一標(biāo)識了存儲數(shù)據(jù)的地址。

Modbus通信功能碼

Modbus通信功能碼定義了主設(shè)備如何與從設(shè)備進(jìn)行通信。讀取功能碼允許主設(shè)備從從設(shè)備讀取數(shù)據(jù)，而寫入功能碼允許主設(shè)備向從設(shè)備寫入數(shù)據(jù)。具體而言，讀取和寫入操作可以是針對單個寄存器或多個寄存器的。

Modbus通訊實例

為了更好地理解Modbus通訊協(xié)議的實際應(yīng)用，我們將通過兩個實例來展示Modbus的通信過程。第一個實例是Modbus串行通信，我們將展示如何配置串行通信參數(shù)以及如何使用Modbus讀取和寫入功能碼進(jìn)行通信。第二個實例是Modbus以太網(wǎng)通信，我們將展示如何配置以太網(wǎng)通信參數(shù)以及如何使用Modbus TCP/IP讀取和寫入功能碼進(jìn)行通信。

Modbus的優(yōu)缺點

盡管Modbus通訊協(xié)議在工業(yè)自動化領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但它也存在一些缺點。例如，Modbus的傳輸速度相對較慢，且對于大規(guī)模的數(shù)據(jù)傳輸可能不太適合。然而，Modbus的優(yōu)點遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其缺點，例如其簡單性、可靠性和廣泛的支持使其成為工業(yè)自動化領(lǐng)域的重要通訊協(xié)議。

Modbus的工作原理是怎樣的？

Modbus是通過串行線路在設(shè)備之間進(jìn)行傳輸?shù)?。最簡單的配置方式是使用一根串行電纜將主設(shè)備和從設(shè)備上的串行端口連接起來。

信息以一串1和0的序列形式發(fā)送，被稱為比特。每個比特通過電壓發(fā)送，其中0用正電壓表示，而1用負(fù)電壓表示。這些比特的傳輸速度非常快，通常以9600波特（比特/秒）為標(biāo)準(zhǔn)。

十六進(jìn)制是一種用來表示數(shù)字的編碼系統(tǒng)。它由0到9的十個數(shù)字和A到F的六個英文字母組成。這個編碼系統(tǒng)中的每個數(shù)字或字母都代表一個具體的值，從0到15。例如，數(shù)字1代表十進(jìn)制中的1，而字母A代表十進(jìn)制中的10。十六進(jìn)制通常在計算機科學(xué)和電子工程領(lǐng)域使用，因為它可以更高效地表示二進(jìn)制數(shù)。

在解決問題的過程中，檢查當(dāng)前傳輸?shù)膶嶋H原始數(shù)據(jù)是非常有幫助的。由于長長的二進(jìn)制字符串很難閱讀，所以這些位被組合起來并以十六進(jìn)制的形式展示。每個由0到F共16個字符中的一個表示一個4位的塊。

每個8位的塊，也被稱為一個字節(jié)，可以通過256個字符中的一個從00到FF的取值來表示。

在標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議中，數(shù)據(jù)存儲以16位寄存器的形式進(jìn)行。每個寄存器可以存儲一個16位的整數(shù)值。寄存器被分成不同的數(shù)據(jù)類型，例如輸入寄存器、保持寄存器、輸入狀態(tài)和輸出狀態(tài)。輸入寄存器和保持寄存器可用于存儲程序的數(shù)據(jù)，輸入狀態(tài)和輸出狀態(tài)則用于記錄設(shè)備的狀態(tài)信息。數(shù)據(jù)可以被寫入或讀取到相關(guān)的寄存器中，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和交換。此外，在Modbus協(xié)議中還定義了特定的功能碼和寄存器地址來管理數(shù)據(jù)的存儲和訪問。

信息從設(shè)備中以四個不同的表格形式存儲。其中兩個表格用于存儲開/關(guān)的離散值（線圈），另外兩個表格用于存儲數(shù)值（寄存器）。每個表格都包含9999個值。每個線圈或觸點占用1位，其數(shù)據(jù)地址范圍在0000至270E之間。每個寄存器占用1個字=16位=2個字節(jié)，其數(shù)據(jù)地址范圍也在0000至270E之間。

線圈/寄存器編號可以視為位置名稱，因為它們不會在實際消息中出現(xiàn)。在消息中使用數(shù)據(jù)地址。例如，第一個保持寄存器，編號40001，對應(yīng)數(shù)據(jù)地址0000。偏移量是指這兩個值之間的差異。每個表格都有不同的偏移量，分別為1、10001、30001和40001。