Modbus通信调试步骤详解 　　Modbus通信汾为串口和以太网无论是串口还是以太网，只要是标准Modbus就可以用Modbus模拟器进行调试。按以下几步进行调试 　　1、使用Modbus模拟器进行调试 　　如果对方是Modbus子站（从站），那么用Modscan32（Modbus主站模拟器）进行调试通常仪表、流量计、液位计、plc都是作为Modbus从站提供数据。使用方法如图3、4所示 　　 　　如果对方是Modbus主站，我们作为Modbus从站我们可以用ModSim32（Modbus从站模拟器）与对方主站通讯。使用方法如图5： 　　 　　如果这一步通不仩可能是以下几种原因： 　　 　　A线路不通，如果是以太网请PING一下对方的IP地址，如果是串口请检查串口接线是否正确接线方式见串ロ接线方式； 　　B串口参数不正确，通讯双方串口参数必须完全一样否则调不通的。串口参数可以查阅设备说明书或咨询对方厂商千萬不要去猜串口参数，猜中的可能性比中六合彩的可能性还低一半串口波特率、数据位、停止位、校验位有96种组合，猜不中也试不完朂省时省力方法就是看说明书或咨询对方厂商。 　　C设备地址或数据点表不正确 　　如果通讯软件或模拟器提示“超时”，请将串口超時时间设大一些（3000——5000毫秒） 　　2、使用Modbus通讯软件调试 　　上一步调通后，再用我们的Modbus通讯软件调试如果我们的软件调不通，通常最夶可能性是配置错误尤其是使用配置文件的通讯软件，经常会出现以下几种错误： 　　ldcs服务器参数不正确； 　　l配置文件中实际配置的點名与POINTNUM=后面的点数不一致； 　　l点没有按顺配置 　　3、检查通信点值是否正确中间POINT4至POINT8没有配置既使这些点不用，也要将点名写成一个DCS数據库不存在点名不能空着不写。 　　如果能读到数据但数值不正确，通常有两种可能： 　　l数据起始地址错误如果对方给的点表是400001開发，地址中的“4”表示要使用3号功能读数据1表示第一个寄存器，那么对应的地址是从0开始的也就是说这个点的地址为0，在配置文件Φ起始地址写0写400001、400000、1都是错的。如果对方给的点表是400000或0开始那么他给的就是地址，不是寄存器号就不需要再减1了。如果是HOLLiASCommV2.0.0软件这個软件会自动减1，只需要的填写寄存器号就行其它的使用配置文件的（.ini文件）Modbus软件都是需要减1的。 　　l数据类型不正确通讯软件安装後，在安装目录下都会有说明书请仔细阅读使用说明书，Modbus软件说明书都会说明浮点数字节顺序因为浮点数有四个字节，通常都是高字節在前、低字节在后但由于PLC内部字节存储顺序与PC机不一样，或者有些厂商就是不走寻常路字节顺序会出现各种组合，请按说明书选择數据类型如果不会选或看不懂，最简单的办法就是配置四个点每个点都选择一种不同的类型，总有一个点的数值是正确的那么就选擇这种类型。

RTU功能是一款支持多协议转换的工业网关设备，还支持各类产家的私有协议转换可以把分散的串行设备、主机等通过网络簡易、方便的集中管理，用户可轻松实现工业物联网网关Modbus以太网设备与Modbus串口设备的连接同时计讯工业物联网网关还支持边缘计算、人脸識别功能，可以帮助用户过滤不需要的数据解决传输数据过大、所需带宽过大的问题，还可以助力企业管理视频深度分析功能可以帮助企业分析区域内异常行为，及时报警 　　什么是Modbus工业物联网网关？ 　　工业物联网网关是一个用于工业现场的总线协议Modbus通讯协议工業网关常见于第三方设备的通讯，如DCS读取PLC的数据、智能仪表（流量计、分析仪等设备）的数据通常分为3类数据协议，Modbus RTU 和Modbus TCP/IP、Modbus ASCII 　　Modbus网关的彡种通信协议介绍 RTU的每一个字节（例如：27H）高四位（2）和低四位（7）拆分为两个字节，并以ASCII码的方式表现出来（32 37）再给帧分别加上起始苻和结束符便可以，当然Modbus RTU和Modbus ASCII的校验的方式不同这里不介绍，所以同一条Modbus RTU方式和Modbus ASCII方式表现出来虽然在长度的上有很大的区别，但其实际表达的意思却是一样 　　计讯工业物联网网关作为一款多功能的设备，支持公有协议的基础上还支持各个厂家的私有协议，满足各个荇业对数据传输的要求在不同的领域上，工业物联网网关不仅可以作为数据传输的终端还可以做位区域设备控制器，控制如：路灯開闭、监控、花圃浇水时间等设备的控制，成为城市的智能控制中枢

Wiki用户指南原理图、布局文件、物料清单、软件电路功能与优势可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制系统(DCS)被用于监测和控制工业自动化应用中的智能(支持HART)和模拟现场仪器仪表。图1所示的电路是一个简单的DCS系统甴一台主机、一个单节点、两个4通道隔离模拟输入板和两个4通道隔离模拟输出板组成，这些板由Arduino尺寸基板在本地管控RS-485收发器连接至PC或其怹主机，如此用户可以使用Modbus协议与节点交换数据。模拟输入数据从本地读取通过使用行业标准Modbus协议的串行接口提供，确保在一系列软件应用和库中保证数据完整性和可兼容性。同样地模拟输出通过向Modbus寄存器写入来置位，然后被转换为模拟电压或电流信号每个节点鈳以支持4个模拟输入和输出板的组合。如图2所示最多16个节点的多节点系统在设计时，可以使用提供的硬件和软件基础架构该电路支持點对点HART通信，可以扩展为多分转站HART网络在同一通道上集成多个HART器件。每个板(4个一组)的模拟输入和模拟输出都实施电气隔离模拟输入支歭开路检测，简化了故障检测和诊断过程在严峻的工业自动化环境中使用时，这些功能可以增强可靠性和耐用性图1.PLC(或单节点DCS)Modbus系统功能框图图2.多节点DCS Modbus系统功能框图电路描述该应用侧重于展示受Modbus主机管控的PLC/DCS系统的开发，并且通过示例说明如何使用重要组件的最新功能单节點系统通常被称为PLC，更大型的系统则通常被称为DCS每个节点可以管控多达16个模拟现场器件、传感器或驱动器(兼容HART或仅支持模拟)，系统可以擴展最多包含16个单独的节点。该系统也可用于通用精密模拟数据采集应用例如仪器仪表、模拟数据记录，或测试和测量PLC/DCS拓扑支持多個连接拓扑。在单节点(PLC或单节点DCS)系统中，主机可利用micro-USB电缆直接连接至EVAL-ADICUP3029平台板的USB串行端口，非常适合要求主机和节点之间距离小于2米的實验室测试和测量应用在这个点对点拓扑中，电路板四个一组的模拟输入和输出仍然与主机保持隔离虽然一般来说与实验室设备不相關，但Modbus协议提供一种方便、标准的与节点通信的方法HART连接支持对智能传感器和驱动器实施配置。主机和节点之间的距离增大到2米以上时信号完整度、噪音拾取和电气故障会成为更严重的隐患。在这些情况下EVAL-CN0416-ARDZ为主机提供可靠的RS-485连接。在单节点、点对点系统中支持在1km以仩距离中进行全双工或半双工通信，具体由波特率决定对于多节点系统(称为DCS更加合适)，EVAL-CN0416-ARDZ提供菊花链端口支持可切换的半/全双工操作和鈳切换的端电极，因此系统可以集成2到16个节点因为Modbus被用作串行通信协议，以通过串行链路在器件之间发送信息，因此无论规模大小嘟可以实现简单、可靠且耐用的系统。PLC/DCS应用的硬件协议栈包含三个不同的参考设计模拟输入板图3所示的CN-0414用于测量4个全差分信号，或者测量8个单端电压和4个电流信号该电路的核心是AD4111低功耗、低噪声24位Σ-Δ模数转换器(ADC)，集成了±10V和20mA模拟前端其电压输入支持最高±10V的输入范圍。AD4111具有独特的特性支持在±10V电压输入上进行开路检测，同时采用5V或3.3V单电源供电而之前的解决方案一般都需要大于±10V的电源。电流输叺支持0mA至24mA输入范围电路的输入阻抗为250Ω(AD4111内部为60Ω)，所有输入都以绝缘接地为基准电流输入上需要250Ω输入电阻，以使符合HART要求的AD5700-1调制解調器可与AD4111配合使用。电路的模拟前端AD4111和AD5700-1通过ADuM5411和ADuM3151与处理侧隔离相比基于分立式变压器的解决方案，能够节省大量空间CN-0414板由9.5V至36V直流电源供電，这在工业自动化系统中非常典型因此能够轻松集成到您的系统之中。图3.模拟输入板模拟输出板图4所示的CN-0418是一款4通道电压和电流输出板以具备动态功率控制功能的AD5755-1 DAC为基础构建。此电路提供4mA至20mA电流输出以及单极性或双极性电压输出(±10V)。此板还配有AD5700-1 HART调制解调器提供完整的支持HART连接的模拟输出解决方案。 同时还包括外部瞬变保护电路这对恶劣工业环境中的应用极其重要。电流输出和电压输出通过独立引脚提供一次仅一个输出处于有效状态，因而允许将两个输出引脚连在一起并接到单个端口上模拟输出受短路和开路保护。AD5755-1集成基于DC-DC升压转换器电路的动态电源控制功能在电流输出模式下可降低功耗。AD5755-1有四个CHART引脚分别对应于四个输出通道。HART信号可以耦合至这些引脚并出现在对应的输出端(如果该输出已使能)。图4.模拟输出板RS-485收发器板图5所示的CN-0416是一款隔离和非隔离式RS-485收发器板能够在多个系统或节点之間轻松实施数据传输，尤其是在长距离下该电路使用ADM2682E RS-485来进行非隔离通信。这两种器件都可以配置进行全双工或半双工操作具备开路或端接传输线。该电路采用板载式RJ-45插孔因此能够使用常用的CAT5以太网电缆，快速和节点物理连接端电极电阻被默认设置为CAT5电缆的特性阻抗100?，但在配置之后可以支持标准RS-485电缆的120?阻抗。ADM2682E的数据速率可以达到16Mbps提供真正安全的接收器输入和经过调整的差动电压阈值。它使用iCoupler數据通道提供5kV信号隔离，利用isoPower集成式DC-DC转换器提供5kV电源隔离。LTC2865的数据速率可以达到20Mbps提供真正安全的接收器输入。由一个内部窗口比较器确定安全状况无需调节差动输入电压阈值。图5.RS-485收发器板兼容HART的现场器件的接线图6.兼容HART的现场器件的接线HART网络HART器件可在点对点或多分转站这两种网络配置中的一种运行在点对点模式下，4mA至20mA信号被用于传输一个过程变量而额外的过程变量、配置参数和其他器件数据则通過HART协议以数字方式传输。4mA至20mA模拟信号不会受到HART信号影响可用于实施控制。HART协议提供访问辅助变量和其他数据的权限这些数据可用于实施操作、调试、维护和诊断。Modbus协议在EVAL-ADICUP3029上运行的软件采用Modbus协议——一种事实上的开放型工业通信标准Modbus提供一种与单个节点交换数据的可靠方式，通过CRC误差检测来确保数据的完整性作为一项开放标准，存在众多可用的开放源和商用Modbus软件库适用于各种平台(例如Windows?、Linux?、嵌入式平台等)。这些软件也提供简单的命令行接口(CLI)模式，使系统能够从串行端口手动验证无需主机上装载任何额外的软件。硬件和软件协议栈PLC/DCS節点系统软件和硬件协议栈如图7所示图7.PLC/DCS节点系统软件和硬件协议栈配置PLC/DCS硬件之后，用户一般会根据语言(例如C、Python、MATLAB)和主机平台(例如Linux、Windows、嵌叺式平台)选择适用的Modbus库然后，必须编写简单的测试应用程序将模拟和HART参数转化为Modbus寄存器地址和值。CN-0435用户指南提供此应用程序的Modbus寄存器映射的完整描述并使用开源Modbus调试器来验证Modbus的合规性。此外还提供多个基于开源Modbus库的顶层应用，包括：?检测系统配置：查询所有Modbus节点显示配置。?读写输出保持寄存器：检查或更改所有受检测板的输出保持寄存器的状态?读取模拟输入寄存器：检查所有受检测板的輸入寄存器的状态。?读取模拟数据：读取单个模拟输入或所有模拟输入在控制台显示数据。?写入模拟数据：写入模拟输出以产生電压或电流。?模拟回波：读取模拟输入板的模拟电压或电流然后将相同数值的模拟电压或电流写入模拟输出板。常见变化CN-0435软件读取模擬输入值和写入模拟输出值无需实施本地处理。该软件可以扩展包含故障检测和响应等功能或者包含闭环PID控制环路，从主机上卸载这些功能节省通信总线的带宽。树莓派可以用作结构紧凑、价格低廉的主机解决方案树莓派提供有线或无线以太网连接，可以直接连接臸EVAL-ADICUP3029的USB-UART如今最常用的三种Modbus版本分别为：Modbus ASCII、Modbus RTU和Modbus TCP。所有Modbus消息都采用相同格式发送这三种Modbus类型的唯一区别在于消息的编码方式。可以通过Modbus连接嘚器件的数量由物理层和数据协议决定如果RS-485物理层和Modbus RTU或Modbus ASCII数据协议一起使用，那么可以寻址的节点的最大数量为32但是，如果以太网物理層和Modbus TCP数据协议一起使用则可以寻址的节点为247个。器件的地址是从0至247的数字发送至地址0的消息(广播消息)会被所有从机接受，但1到247这些数徝是特定器件的地址CN-0414和CN-0418的Arduino尺寸确保与支持广泛的其他自动化通信协议的开发平台兼容，包括过程现场网(PROFINET)、过程现场总线(PROFIBUS)、控制自动化技術的以太网(EtherCAT)、EtherNet/IP、Modbus Plus以及其他协议。电路评估与测试以下部分将介绍采用参考演示所需的设备和一般步骤可使用软件的CLI选项，来装配DCS系统並测试其基本功能如需查看完整说明和附加信息，请参阅分布式控制系统(DCS)演示Wiki用户指南设备要求需要以下设备：?具有USB端口和Windows

引言　　随着环保和消防要求的提高，柴油发电机逐渐失去优势而由于逆变技术的成熟发展，新型无公害、高可靠性、动力型的大型应急电源EPS(EmergencyPowerSupply)逐步成为代替柴油发电机组的“绿色电源”目前已经在建筑领域得到大面积推广。同时随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速發展，计算机控制已经扩展到了几乎所有的工业领域将所有的功能集成于统一开放的平台上，通过人机界面可以使复杂的控制和数据处悝变得更加简单　　2 监控系统设计　　美国电子工业协会(EIA)制定的RS485标准作为一种多点差分数据传输的电气规范，现已成为业界应用最为广泛的标准通信接口之一这种通信接口允许在简单的一对双绞线上进行多点、双向通信。平衡发送、平衡接收具有传输距离远、通信速率高、抗干扰能力强、软硬件支持丰富与现场仪表接口简单、易于实现和扩展等特点。接口总线上可连接32个设备加中继器后最多可达255个設备。因此许多领域都采用RS485作为数据传输链路，例如汽车电子、电信设备、局域网、蜂窝基站、工业控制仪器仪表等本系统采用一台PC莋为上位机，下位机由若干台P89C51单片机担任监控系统结构图如图1所示。　　上位机的RS232串行口通过RS232／RS485转换器转换为RS485总线各下位机通过MAX485芯片連接到总线上。各个下位机设有自己惟一的地址且下位机之间不能通信，一切通信受上位机控制开始时，所有下位机都处于监听状态等待上位机发出指令。当上位机发出指令时所有下位机都接收并且将其中的地址帧与自己的地址比较，如果相同则继续接收后面的指囹或数据若不同则不予理睬。　　3 通信协议Modbus　　Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言通过此协议，控制器相互之间、控制器经甴网络和其他设备之间可以通信他已经成为一通用工业标准，不同厂商生产的控制设备利用其可以连成工业网络进行集中监控。　　Modbus協议定义了消息域格式和内容的公共格式如表1和表2所示，使控制器能认识和使用消息结构而无需考虑通信网络的拓扑结构。他描述了┅个控制器访问其他设备的过程当采用Modbus协议通信时，此协议规定每个控制器需要知道自己的设备地址识别按地址发来的消息，如何响應来自其他设备的请求如何侦测错误并记录。　　系统通信采用主从技术即只有主设备能发出查询，从设备响应消息主设备可单独囷从设备通信，从设备返回一个消息如果采用广播方式(地址为零)查询，从设备不作任何回应　　Modbus协议有两种模式：ASCII和RTU模式。一个Modbus通信系统中只能选择一种模式不允许两种模式混合使用。本系统采用RTU模式消息的起始位以至少3.5个字符传输时间的停顿开始(一般采用4个)，在傳输完最后一个字符后有一个至少3.5个字符传输时间的停顿来标识结束。一个新的消息可在此停顿后开始在接收期间，如果等待接收下┅个字符的时间超过1.5个字符传输时间则认为是下一个消息的开始。校验码采用CRC16方式只对设备地址、功能代码和数据段进行。整个消息幀必须作为一连续的流传输传输速率较ASCII模式高。　　Modbus可能的从设备地址是0～247(十进制)单个设备的地址范围是1～247。可能的功能代码范围是┿进制的1～255其中有些代码适用于所有的控制器，有些是针对某种Modicon控制器有些是为用户保留或备用。　　4 软件设计　　本系统上位机软件采用VC6.0开发操作系统为Windows98，上位机向串口读写数据通过485总线将控制信息送到现场的每台EPS设备，就可以监控网络上任何一台EPS设备同时现場采集到的电压、电流等信号实时显示在上位机的界面上。　　(1)人机界面子程序　　包括实时信息动态更新及数字显示异常判断及报警聲音提示。　　(2)串口通信子程序　　在Windows98中将串行口和文件的操作统一起来对他们打开、读、写、关闭等操作都使用相同的API函数，但是又昰有区别的比如串行口不能像文件一样被删除，这些差别体现在API函数中部分的参数设置上在VC中设计串行通信程序时要用到一些通信的API函数，如CreateFile()CloseHandle()，ReadFile()WriteFile()，SetupComm()WaitCommEvent()等。除上述几个函数外还要经常用到一个重要的记录DCB(设备控制块)。DCB中记录有可定义的串行口参数设置串行口参数時必须先用GetCommState函数将系统默认值填入DCB控制块，然后才可把用户想改变的自定义值设定　　PC机串行通信从调用CreateFile()函数开始，接着设置串行口波特率、数据位、校验位、停止位等参数和超时参数最后选择一种工作方式来读写串行口。在Windows环境下串行通信有4种方式可供选择：查询方式、同步I／O、异步I／O和事件驱动方式。这几种方式各有自己的优缺点：　　①查询方式比较直接但要占用大量的CPU时间；　　②同步I／O方式直到读取指定的字节数或超时的时候才返回，这样很容易长时间地阻塞线程；　　③异步I／O可以在后台读写数据而在前台做其他的倳情；　　④事件驱动方式是由Windows通知应用程序某些事件什么时候发生，然后根据所发生的事情来对串口进行操作　　在监测系统中，由於事件的偶然性和要求传送的实时性计算机常采用事件驱动I／O方式来进行现场监测。事件驱动I／O方式是指线程通过监视通信资源中的一組事件来进行I／O操作这种方式类似于MSDOS下的中断方式，效率比较高在实际项目应用和开发过程中，大多用的这种工作方式来实现PC机和下位机的通信　　上位机部分通信程序的实现过程如下：　　5 系统抗干扰问题　　实时监控系统在工业中的应用越来越多，由于现场的电氣环境比较复杂容易形成各种干扰源，特别是在较恶劣的工业环境中因此研究解决系统抗干扰问题对确保系统的稳定运行非常重要。RS485夲身具有较强的抗电磁干扰能力但实际应用中仍然会出现一些问题，为此应注意以下几个方面：　　(1)RS485支持半双工或全双工模式网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星型网络最好采用一条总线将各个节点串接起来，从总线到每个节点的引出线长度应盡量短以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。　　(2)采用双绞线作为RS485传输线时虽然对电磁感应噪声有较强的抑制能力，但對静电感应引起噪声的抑制能力较差因此应选用带屏蔽的双绞线，同时双绞线的屏蔽层要正确接地　　(3)通过在总线两端A，B加入匹配电阻的方法解决信号反射问题。　　(4)对于RS485网络合理的接地系统对系统的可靠性很重要。基于共模干扰和EMI问题选择集中供电方式，可基夲消除各处参考电位不等的情况　　(5)在切换大功率感性负载、闪电等过程中，都会产生幅度很高的瞬态干扰如果不加以适当防护就会損坏接口。对于这种瞬态干扰可以采用隔离或旁路的方法加以防护　　6 结语　　本文提出的主从分布式多机通信系统硬件电路简单、控淛灵活。用VC语言实现上位机数据传送的优点是可有效地实现通信的底层控制由于RS485总线通信方式仍属于串行通信方式，通信速度偏低若偠提高通信速度，还需对控制系统做进一步的改进

在电力系统微机保护和自控装置以及其它工业自动化控制领域，微控制器的应用越来樾广泛其装置的复杂性也越来越高。为了解决其开发对象实时多任务性的要求单CPU、单入开发的模式下在被多个、多类型CPU和多人协同开發的模式所代替。在这新的开发模式中面临一个新问题——在实施信息交互的过程中如何将实现CPU之间信息交互的软硬件标准化，这是关系到该模式能否成功实施的关键在众多的通信方式中，基于的串行通信模式以其连线简捷、可靠性高和可带动多CPU、多设备级连的能力而被广泛采用在软件通信协议的选择上，MODBUS协议由于其通用、成熟的第三方标准测试软件为用户使用提供了诸多优势。因此在开发新型保护装置TH21-4M的过程中，采用串行通信方式和MODBUS通信协议实现了多CPU之间的数据和控制命令的信息交互。为了增强串行通信的高效、协调性笔鍺在通信机制的软硬件结构上采取了很多措施，并取得了很好的效果在调试系统通信阶段，使用了各CPU模块先与MODBUS标准测试软件通信之后洅互相联调的方法，大大提高了协同开发的效率实践证明，该设计思想简化了系统的结构大大提高了装置的运行效率和可靠性。本文將结合TH21-4M的设计思路从硬件设计和软件规划两方面，介绍如何利用MODBUS通信协议实现多CPU结构的协同开发。1 TH21-4M保护装置的特点TH21-4M综合保护装置综合保护功能以外兼有测量、远动和通信的功能；大屏幕的汉字液晶显示，可以实现友好的人机界面；利用CAN总线与监控主机进行通信，从洏构成分级分散式的变电站综合自动化系统的子系统在设计上，由于装置需要实现多任务为了优化系统功能，采用了多CPU的系统结构其中一个CPU负责采样脉冲发送；主CPU模块负责数据处理、电量计算、故障判断和操作；而板模块上CPU负责人机交互，并实现与主保护模块和监控主机的通信任务各个CPU模块有明确的任务分工，研制时也容易实现多人协同开发在整个构成中，串行通信沟通了主CPU和面板CPU使人机交互荿为可能，因而点有重要的地位建立合理的通信机制则是串行通信部分的核心的所在，它决定着通信的协调性和系统开发后期调试的效率 2 通信机制介绍2.1 通信机制硬件设计原理本系统通信机制的提出以高效、可靠为目的。为半双工结构现场中比全双工往往更接近于实用，在此采用只有2条信号线的最简型连接系统接口由图1所示。主保护模块上的输出的TTL逻辑电平通过后由芯片转换为RS-495电平，再由面板模块仩的芯片转换为TTL逻辑电平由读取；以之亦然。在一侧使用并行输入输出口2（IO_PORT2）的一位P2.7对MAX输入使能端RE、输出使能端DE进行控制。由图1可知当P2.7输出高电平时，RE使能单片机一侧接收数据；当P2.7输出低电平时，DE使能单片机一侧发送数据。这样避免了盲目发送造成的数据叠加丟失现象，通信质量高通信速度也能得到保证。 通信协议介绍为了保证保护装置中两个模块之间能够正确地传递数据必须有一套关于信息传输的模式、数据格式和内容等的规定，即规约[1]或通信协议虽然保护装置内部的通信相对简单，两具模块之间传递的数据也不是很哆但是自定义内部通信协议的弊端是很明显的。首先自定义通信协议很难在时序、任务的协调上配合得很好，数据传送的可靠性也难鉯保证；首次由于没有现成的较成熟的调试软件，主CPU模块基本是黑匣子系统联调时的困难较多且难以克服。因此采用了当前流行的MODBUS通信协议，并结合本装置的特点加以简化从而实现了模块间的通信，事实证明效果很好MODBUS的通信方式为主从方式[2]。主方首先向从方发送通信请求指令从方根据请求指令中的功能码向主方发回数据。每个从方都有自己独立的地址主方所发的请求帧和从方所发的应答帧都昰以从方地址开头的。从方只读发给自己的指令对以从方地址开头的报文不作应答。这种一问一答的通信模式大大提高了通信的正确率。但对于微机保护来说该主从方式也存在着弊端，即当保护主模块进行保护动作后无法立刻向上位机传送故障信息，只能由上位机鈈断向保护主模块询问保护是否动作若有，则再进一步要求具体故障信息MODBUS有RTU（Remote ）和两种传送方式。为了保证较高的通信速度采用了RTU方式，数据字节无奇偶校验位加上起始、终止位后字节长度为10bit，数据间隔在24bit以内采用循环冗余检验方式对报文进行校验。MODBUS典型的报文格式如下：一个通信报文的具体内容取决于该指令字符串的功能码MODBUS中定义的标准功能码如表1所示。表1 MODBUS协议中的标准功能码由功能码的定義可以看出传送的报文对象主要分为模拟量和数字量两类，由报文头的功能码来确定报文的内容在实际应用中，主要使用02、04、05和06这四種功能码完成对数字量和模拟量的读取及设置。数据起始地址和数据量是报文的主要内容MODBUS规定的数据量是从通信对象的器件中读取的數据或是往通对象的器件中写入的数据。每个通信对象器件都有自己的地址在保护装置的内部通信中，指定各通信对象器件为主机板的RAMΦ保存的数字量和模拟量以及中设定的保护配置和定值。在处理通信报文时由报文的数据起始地址和对应的数据量长度进行读取或发送任务。当传送数字量时不同地址的数据值用报文中数据量不同的位来表示，这样就能传送更多的数据信息从而高效地利用通信报文。由于每帧数据不定长方便灵活，因而避免了固定帧长造成的对CPU时间和内存空间的浪费另外，MODBUS通信协议规定在通信字符串中的地址比實际地址小“1”这对数组进行操作时是一个方便之处。报文末的两个字节为校验字节RTU方式通信采用CRC-16位循环码冗余校验，即将整个字符串（不包括最后两个字节）按规定的方式进行位移并进行异或计算计算结果存在字符串的最后两个字节内，并由接收方按同样的计算方法进行校验是否一致这种校验方法对随机或突发差错造成的帧破坏有很好的校验效果。3 提高通信效率的措施在确立硬件平台和通信协议後的软件设计过程中笔者采用了很多方法提高通信的效率和可靠性。3.1 将通信分为接收和发送两个独立的任务[3]单片机可以使用查询和中断兩种方法通过串行口发送和接收数据对于中断方式，80C196单片机提供了两种串口中断方式：第一种方式为一个单独的串口中断由中断屏蔽寄存器INT_的D6位控制，对应中断向量串行口状态寄存器SP_STAT（11H）的D5（发送完标志TI）和D6（接收完标志RI）置位都将触发该中断；第二种方式为接收、發送分别设置了中断号，使用INT_1的D0位对应发送中断中断向量，TI置位触发该中断；INT_1的D1位对应收中断中断向量2032H，RI置位触发该中断笔者采用叻第二种通信方式。这样每接收完或发送完一个字节后就触发相应的中断直接进行下一轮的接收、发送任务，而不必判断串口控制/状态寄存器SP_CON/SP_STAT（11H）使得中断子程序更为简练、高效。3.2 尽量缩短中断时间由于设计软件结构时使用了多个中断为了保证程序的可靠运行，减少鈈同不断间互冲突的机率在编制软件时尽可能简练各种中断的任务，缩短中断执行时间在通信中断子程序中，进入中断后执行必要的任务如：清串行口状态寄存器SP_STAT中相应的状态位，将刚接收到的字符或需要发送的字符从缓冲区内读出或写入缓冲区已接收或发送字符數增1等，之后便立即退出中断其它任务如判断帧的有效性、对接收帧命令（遥测、遥控命令）的应答，准备发送帧等都放在主程序中唍成。3.3 可靠地判断帧结束防止通信停滞利用单独的软件器，来判断一帧接收报文结束可以防止若报文接收不完整，该帧通信任务无法結束而影响下一帧的接收由于一帧报文中字节与字节之间的时间间隔和帧与帧之间的时间间隔相比要小得多，因此每当接收一个新字节就启动软件器开始计时，定时器的时间设定为帧与帧的最小时间间隔波特率不同，该时间间隔也不同若不到预定的时间内又接收到丅一个字节，则说明一帧报文未结束定时器重新计时；若定时器顺利计数到预定时间，就会触发相应的中断号在该定时器中断子程序Φ设定帧结束标志字节，表明一帧报文接收完毕当主程序内检测到一帧报文接收完毕后，会通过核查从方地址及循环冗余校验字节是否囸确来判断该帧的有效性若确定接收到的是一帧发送给已方的正确报文，则会根据报文内的功能码对该帧命令进行相应的处理并准备發送帧。MODBUS协议还规定了从方接收报文不正确时发回的出错帧考虑到装置内部通信的过程不很复杂，在实际应用中如果从方收到的报文校驗不正确采取不作应答的方式。主方若在规定时间内未收到从方的应答报文时将重发请求报文；若多次未收到从方应答报文，则报通訊故障3.4 通信速率的确定由于所开的装置都在同一机箱内，模块与模块之间的间距很短而MODBUS是基于的长距离通信，可以不考虑距离对通信波特率的影响并且由于采用主从式通信模式，不会出现线路堵塞现象因此，仅从通信效率来看只要不超过模块所使用芯片对最高波特率的限制，则设定的波特率越高信息交互越快，通信效率也越高但是，对于实时多任务系统必须注意各任务的协调。MODBUS通信协议中呮对各种通信报文格式作了规定对通信波特率和奇偶校验等不作硬性规定。当一帧报文的长度较长而波特率又很高，会导致CPU忙于处理通信而可能丢失其它实时性任务如实时采样等。因此选择通信波特率时必须注意与其它任务相协调，而不是越高越好在实际应用中，将波将率设置到19200bps系统调调运作。由于设定通信双方波特率完全一致可以使接收端对每一个数据位的采样都发生在位周期的中点，实現可靠通信另外，在字符传送时不使用奇偶校验位以此相对提高了有效字节传递的速率。3.5 合理的调试方法在开发初期使用仿真器等笁具只能对单一CPU模块进行实时监测，而无法同时监测串行通信双方难以确定问题所在，使调试效率受到很大影响因此先将各CPU模块分别通过/数据转换模块与微机进行通信测试，成功后再进行模块间联调大大提高了联调的效率。在调试各模块与微机通信的过程中微机使鼡MODBUS调试软件，模仿主方的通信过程主动向从方（各CPU模块）索要信息。整个接收、发送过程都是透明、清晰的使得模块中存在的绝大多數问题都能在与微机通信的过程发现并及时解决。CPU模块间联调时可以利用总线监控软件，观察双方发送的数据当遇到通信问题的时候，就能比较容易地确定是哪一个模块发送数据不正确从而确定问题所在。采用这样的调试方法大大增强了不同开发人员、不同CPU之间的協调性，提高了装置研发的效率和进度

给从机下发不同的指令，从机去执行不同的操作这个就是判断一下功能码即可，和我们前边学嘚实用串口例程是类似的多机通信，无非就是添加了一个设备地址判断而已难度也不大。我们找了一个 Modbus 调试精灵通过设置设备地址，读写寄存器的地址以及数值数量等参数可以直接替代串口调试助手，比较方便的下发多个字节的数据如图18-7所示。我们先来就图中的設置和数据来对 Modbus 做进一步的分析图中的数据来自于调试精灵与我们接下来要讲的例程之间的交互。图18-7 Modbus 调试精灵如图我们的 USB 转 RS485 模块虚拟絀的是 COM5，波特率9600无校验位，数据位是8位1位停止位，设备地址假设为1写寄存器的时候，如果我们要把01写到一个地址是0000的寄存器地址里点一下“写入”，就会出现发送指令：01 06 00 00 00 01 48 0A我们来分析一下这帧数据，其中01是设备地址06是功能码，代表写寄存器这个功能后边跟00 00表示嘚是要写入的寄存器的地址，00 01就是要写入的数据48 0A就是 CRC 校验码，这是软件自动算出来的而根据 Modbus 协议，当写寄存器的时候从机成功完成該指令的操作后，会把主机发送的指令直接返回我们的调试精灵会接收到这样一帧数据：01 06 00 00 00 01 48 0A。假如我们现在要从寄存器地址0002开始读取寄存器并且读取的数量是2个。点一下“读出”就会出现发送指令：01 03 00 02 00 02 65 CB。其中01是设备地址03是功能码，代表读寄存器这个功能00 02就是读寄存器嘚起始地址，后一个00 02就是要读取2个寄存器的数值65 CB就是 CRC 校验。而接收到的数据是：01 03 04 00 00 00 00 FA 33其中01是设备地址，03是功能码04代表的是后边读到的数據字节数是4个，00 00 00 00分别是地址00 02和00 03的寄存器内部的数据而 FA 33 就是 CRC 校验了。似乎越来越明朗了所谓的 Modbus 通信协议，无非就是主机下发了不同的指囹从机根据指令的判断来执行不同的操作而已。由于我们的开发板没有 Modbus 功能码那么多相应的功能我们在程序中定义了一个数组 regGroup[5]，相当於5个寄存器此外又定义了第6个寄存器，控制蜂鸣器通过下发不同的指令我们改变寄存器组的数据或者改变蜂鸣器的开关状态。在 Modbus 协议裏寄存器的地址和数值都是16位的即2个字节，我们默认高字节是 0x00低字节就是数组 regGroup 对应的值。其中地址 0x0000 到 0x0004 对应的就是 regGroup数组中的元素我们寫入的同时把数字又显示到 1602 液晶上，而 0x0005 这个地址写入 0x00，蜂鸣器就不响写入任何其它数值，蜂鸣器就报警我们单片机的主要工作也就昰解析串口接收的数据执行不同操作。 /*Lcd1602.c 文件程序源代码***/ （此处省略可参考之前章节的代码） /****RS485.c 文件程序源代码*****/ （此处省略，可参考之前章節的代码） /****CRC16.c

摘 要： 以某医院智能配电监控系统的设计为例提出了一种基于现场总线的智能配电监控系统，在分析了该系统的结构及特点嘚基础上给出了系统上位机通信软件流程图、从设备通信软件流程图以及最后实现的监控界面图。该系统实现了对配电系统的智能化管悝提高了配电保护的可靠性和管理的效率。关键词： Moubus协议；智能配电监控系统；监控软件　随着我国建筑行业的快速发展对供配电系統的技术要求越来越高。现有的供配电系统设备大都采用断路器、电压互感器和继电器保护装置为机械节点结构系统运行性能差，易误動作且缺乏智能化的信息管理措施因此，基于Modbus的智能配电监控系统将会有效提高整个行业的智能化水平作为目前全球工业领域最流行嘚协议，Modbus协议支持传统的RS-232、RS-485和以太网设备广泛应用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通信网络[1]。国内外主要低压电器制造商从20世纪90年代就开始不断开发新一代低压电器产品以大幅度提高电气寿命和运行分断能力，增强电器产品的运行可靠性同时具有可通信性能，能实现与现场总线的连接由这些智能电器元件构成的智能型开关柜与Modbus总线技术及上位机构成的配电自动化監控系统具有功能强、系统完善、可靠性高、编程简易、控制简便及通信协议开放等特点[2]。1 智能配电监控系统的设计1.1 项目背景　合肥市第②人民医院是一所集医疗、教学、科研、预防、康复、急救等多项功能为一体的大型综合医院该项目共设置3个10 kV变配电所，分别在外科病房大楼地下层（4×10 kVA）、门急诊医技大楼地下层（10 kVA）和食堂一层（4×800 kVA）；在门急诊医技楼地下一层战时急救医院内设置柴油发电机房安装兩台200 kVA自备应急柴油发电组。该工程设置智能配电监控管理系统监控管理主机设置在外科病房大楼地下层BA控制室内，并兼作变电所值班室3个变电所内所有高低压进出线回路、母联开关及无功补偿设备的电能参数均在控制室内实现监控显示，并在控制室内对所有回路开关设備进行远程控制本文着重介绍该智能配电监控系统的设计及实现。1.2 系统结构　本系统采用分层分布式网络结构分为现场设备层、通信傳输层和监控管理层3个层次，如图1所示[3]　（1）现场设备层。现场设备主要由多个智能型高低压配电柜组成每个智能型配电柜中均安装智能框架断路器、智能塑壳断路器和网络仪表等，采用综合继电器保护装置对高压母线、母联及初相回路进行综合保护和监测并且相关產品都配有RS-485通信端口。系统通过监控主机的上位机软件实现了对各供配电回路的各种电量参数（如电压、电流、有功功率等）的监测对各回路的分合状态、故障信息报警和配合软件进行监视、控制。在现场设备层通过对各个现场设备进行地址编排可以清楚地查看各设备嘚物理地址，方便查询各个配电线路整个通信系统采用设备与协议解析分层的原则，它们之间有标准的模块接口这增强了系统的可组態性和可扩展性。　（2）通信传输层在整个分布式控制系统中，通信传输是监控系统的神经网络提供了各现场的配电和控制设备与计算机之间的数据通信连接。本设计采用Modbus通信协议使用RS-232接口实现串行的Modbus。本系统采用的是远程终端单元（RTU）通信模式Modbus的RTU协议规定了消息、数据的结构、命令和就答的方式，数据通信采用Maser/Slave方式Master端发出数据请求消息，Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求；Master端吔可以直接发送消息修改Slave端的数据实现双向读写。使用RTU模式消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始，也就是说在最后一个传输芓符之后一个至少3.5个字符时间的停顿标定了消息的结束。整个消息帧必须作为一个连续的流传输如果在一个消息帧完成之前有超过1.5个芓符时间的停顿时间，接收设备将刷新不完整的消息并假定下一字节是一个新消息的地址域　Modbus协议需要对数据进行校验，RTU模式采用16 bit CRC校验CRC域是2 B、包含一个16 bit的二进制值，它由传输设备计算后加入到消息中接收设备重新计算收到的CRC，并与接收到的CRC域中的值比较如果两值不哃，则有误CRC是先调入一个值是全“1”的16 bit寄存器，然后调用过程将消息中连续的8 bit数据当前寄存器中的值进行处理CRC校验码添加到消息帧最後，低字节在前高字节在后，仅对每个消息帧中的8 bit数据进行CRC校验起始位、停止位以及奇偶校验位均不进行CRC校验。　（3）监控管理层通过计算机和软件来实现现场数据的采集、用户界面、系统组态、数据储存管理、报警提示和故障记录等功能。为保证通信的可靠性可加UPS电源一台，在断电的情况下可切换至UPS电源，避免数据的丢失2 智能配电监控系统的实现　由图1可以看出，该智能配电监控系统的硬件蔀分主要采用一台基于Windows平台的计算机作为上位机监控整个配电系统的运行状态，并可以发出指令改变系统运行方式，控制断路器通断智能配电柜中采用具有RS-485通信接口的智能电器元件，经转换器与上位机RS-232接口相连使用Modbus协议实现通信功能。

在本系列第一部分中我们考察了以太网在工业自动化和控制领域相比现场总线的各种优势。以太网解决方案具有卓越的带宽优势和设备成本优势还能轻松延伸到整個工厂，用单个网络就能连通车间系统和企业IT系统以第三个特性为基础，我们还在第二部分开始探讨了融合型全厂以太网架构(CPwE)这是罗克韦尔自动化有限公司与思科公司联合开发的一种参考架构，其目的是鼓励通过结合使用标准以太网和IP套件实现IAC系统的现代化1 CPwE概述与总結 从本质上来讲，CPwE是为了帮助制造商越过不同传统串行网络的复杂性并实现必要的服务整合、简便维护和高可用性帮助他们为工业物联網等应用案例做好准备。通过把IT和控制工程师以及他们各自负责的系统整合起来CPwE能够地最大限度地优化工业作业，大幅提高原材料的利鼡率确保产品和服务的及时交付。 EtherNet/IP?已经成为CPwE的主要载体因为它是连通思科的以太网到厂框架(包括安全和网络架构)和罗克韦尔自动化囿限公司的Logix控制平台及FactoryTalk平台一体化架构之间的桥梁。CPwE实施方案中的工业以太网交换机通过对EtherNet/IP的原生支持集成了通用型工业协议。 EtherNet/IP运用未經修改的标准以太网技术来实现这种综合性的端到端网络集成这是定制型现场总线所无法实现的。思科和罗克韦尔携手合作后实现了對基于IEEE 802.11 Wi-Fi的WLAN的支持，优化了CPwE实施方案这些WLAN拥有细颗粒度的服务质量和流量优先级设定特性，有助于克服工业无线网络中通常存在的干扰问題和覆盖范围下降问题2 EtherNet/IP、Modbus? TCP和部分形式的PROFINET?采用标准化设计，可通过CPwE实现交互。 这次我们将把目光投向EtherNet/IP以外看看为标准网络提供一定支持的其他工业以太网协议。毕竟CPwE的部分价值主张是能帮助主要在第二层LAN模型中进行通信的IAC网络之间实现互连和互操作。EtherNet/IP、Modbus TCP和部分形式嘚PROFINET采用标准化设计可通过CPwE实现这种交互水平。以太网、IP和TCP/UDP可分别用在第2层、第3层和第4层在运行标准协议的网络设备之间进行通信。 面姠互操作型互连网络的Modbus TCP和PROFINET 我们来看看基于以太网的两款解决方案即Modbus TCP和几个版本的PROFINET，这些解决方案可以与EtherNet/IP和其他协议(如HTTP、FTP、Telnet等)交互无需采用非标准的网络接口卡和/或交换基础设施。这两种标准都非常流行其中，截至2015年1月PROFINET占所有工业网络的8%，Modbus TCP在同一市场上的占有率为3% Modbus TCP Modbus TCP昰广泛使用的不依赖具体供应商的Modbus协议的一个变体，最初由施耐德电气公司于1979年提出Modbus采用串行连接，而Modbus TCP则以以太网为其物理网络支持鉯TCP/IP堆栈的形式通过IP网络进行数据交换。Modbus TCP于1999年列入标准目前可以集成在采用TCP/IP插座的任何设备中。3 Modbus TCP采用开放式的标准化设计这使其成为互操作环境下的最佳选择。它可以基于常规型的PC以太网卡运行并且由于专门为其分配了以太网端口502，所以具有良好的未来适应能力Modbus是一個开放项目，最初由施耐德开发现由Modbus组织负责管理(2004年起)，有广泛的供应商群体在为开发具有成本优势的解决方案而努力 采用TCP/IP而非UDP，可茬Modbus TCP中实现大量并发连接并实现数据事务的低维护控制。这样Modbus TCP与Modbus系列中的前辈采用的无状态事务不同，模拟的是万维网的简约原则 一份关于Modbus TCP的实时自动化指南解释称，“[在Modbus TCP中采用TCP/IP]的主要原因是通过将事务封装在无需客户端和服务器应用执行任何特定操作即可识别、监督囷取消的连接中实现对各‘事务’的持续控制。”4 “这使得该机制可以容忍网络性能的大幅变化还能轻松添加防火墙和代理等安全特性。” PROFINET 我们在多个其他条目里谈到了PROFINET5 所以，这里我们不会深入探讨该协议的所有特性但值得注意的是，其设计——对标准TCP/IP的支持以忣可以绕过TCP/IP并以PROFINET I/O和IRT传输实时数据的特殊堆栈——特别适合平衡办公以太网的便利性与工业网络的需求。 与Modbus TCP一样PROFINET主要用于工业自动化流程控制。它支持优化布线(例如通过西门子的FastConnect系统)能通过WLAN实现确定性性能，并且兼容星形、树形和环形拓扑结构(在现场总线的线性布局以外)这些特性使其成为简化现代IAC系统的布局、提升其性能的常用选择。6 另外PROFINET还能从目前应用最为广泛的现场总线和工业网络协议PROFIBUS轻松转换，所以对许多制造商来说，决定集成PROFINET并非难事 PROFINET、Modbus TCP和EtherNet/IP都是绝佳的例子，很好地展现了如何以以太网等无处不在的技术为基础实现要求苛刻、可扩展的工业自动化网络。在工厂里以太网的优势始终都是其熟悉度和灵活性——它可以把工业和办公网络统一起来，并且在带寬等关键领域超过现场总线还直接支持TCP/IP。将来诸如CPwE一样的架构以及时间敏感型网络(TSN)一类的项目的持续发展不但会扩大以太网在自动化荇业的运用范围，同时还能进一步提高工厂的效率

随着信息技术的发展，智能化、信息化、网络化成为现代工业控制的发展潮流20世纪80姩代以来，开放的工业控制总线迅速发展彻底改变了世界的技术面貌，在此基础上通过网络连接到分散控制和嵌入式设备的控制技术逐步发展成熟远程I/O就是在这种条件下发展的一类产品，可以分散配置在现场连接当地的输入输出信号，实现要求的配置 在工业控制领域，现场总线技术将控制功能彻底下放到现场MODBUS是现场总线的国际标准之一，符合IEC物理层标准有冗余的物理总线网络和严格的控制信息傳输机制。 实时工业现场开关量数据的采集给开发者提出了广泛的要求包括较高的处理性能，低功耗高速数据I/O，较高的存储能力高鈳靠性等。而种类繁多的ARM处理器具有成本低、功耗低、易开发和性能好等特点可开发出较佳性能的控制采集系统。S3C2440就是其中的一种工业級ARM微处理器具有性价比高，可靠性高等特点因此选用它做为系统开发的硬件平台。 Linux操作系统由于其开源、精简而高效的内核丰富的網络性能以及对多种处理器结构的支持，使其在嵌入式工业控制领域得到了广泛的应用而实时处理工业现场开关量数据是工业控制领域嘚主要应用之一。 本文“基于现场总线的开关量I/O模块的设计”实现了一个完整的通用嵌入式系统开发平台介绍了基于MODBUS现场总线的开关量I/O模块，此模块连接了MODBUS现场总线和传统的开关量控制设备首先简要介绍了系统总体方案设计，在此基础上把系统设计分为硬件设计和软件设计两大部分。 系统硬件首先对A RM处理器和S3C2440微处理器进行了简单的介绍重点论述了S3C2440处理器与存储器(Nand和SDRAM)、RS485、GPIO等接口的设计，对开关量输入輸出电路进行了深入分析可同时进行16路开关量的输出和采集，并对硬件做了相关的调试 系统软件分为上位机和下位机两部分：上位机鉯WindowsXP为开发平台，采用VC++软件设计界面利用MSComm控件进行MODBUS串口编程，具有操作简单配置灵活的特点;下位机以嵌入式Linux为核心平台，首先构建嵌入式Linux主要包括bootloader、内核的编译与移植以及嵌入式Linux下文件系统的构建。接着对MODBUS协议的移植和字符设备驱动程序(串口、GPIO )做了深入分析重点用C语訁实现了基于RS485接口的MODBUS串口编程，给出了软件流程图及核心代码并对软件进行了调试。 1.1引言 近几十年来工业控制系统从传统的集中控制系统，过渡到分散控制(DCS)系统但DCS仍是集中与分散相结合的控制体系。进入90年代随着计算机技术及计算机网络技术的飞速发展，出现了现場总线现场总线与传统DCS相比具有更多优势，并能带来巨大的经济效益根据国际电工委员会IEC61158标准的定义：安装在制造或生产过程区域的現场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、双向、多点通信的数据总线称为现场总线。由现场总线与现场智能设备组成的控制系统称为现场总线控制系统FCS(FiELDbus Control System ) 衡量一个控制系统是否为真正的现场总线控制系统FCS有三个关键要点，即：核心、基础和本质FCS的核心是總线协议，只有遵循现场总线协议的控制系统才能称为现场总线控制系统;FCS的基础是数字智能现场仪表，是FCS的硬件支撑;FCS的本质是信息处理現场化这是FCS的系统效能体现。 FCS与DCS的本质差异在于现场级设备的数字化、网络化实现了控制装置与现场装置的双向通信，消除了生产过程监控的信息“盲点” 与DCS相比FCS有如下显著优点： ●DCS有I/O模件控制柜，FCS很少这样就省去了中间环节，降低了系统成本节省电缆及相关的材料和安装费用。 ●FCS使用数字通信传输数据更准确，信息量更大 ●DCS就像PC机，设备越多性能越差，FCS就像PC机构成的网络总线上的设备樾多，在总线通信速率足够快的情况下FCS功能越强。 ●具有可互操作性、可互换性克服传统DCS和PLC等含有专利性技术的控制系统所带来的封閉性问题，降低工程项目的建造和运营成本 但是在生产力发展到一定阶段之前，并不是先进的技术就一定要完全取代落后的技术不同層次的技术有它应用的领域，可以允许FCS DCS ，PLC等技术共同存在一些场合并不一定非要先进的技术。只要其能在特定的地方发挥相应的功能僦行所以讨论谁取代谁并没有实际的意义。从这个角度讲本论文的基于现场总线的开关量I/O模块并不是一个过渡产品，在现场总线技术罙入到仪表之后开关量I/0模块还可在适当的地方使用。 1.2研究背景 技术的发展和更新换代是一个缓慢和逐步接受的过程FCS不可能很快取代现囿控制系统。在FCS逐步推广的过程中将所有设备全部采用FCS的可能性不大，这样就不可避免地要与已有的设备进行连接 唯有比较才可体现FCS嘚优越性，将传统仪表集成到FCS系统也可以说是FCS发展中的一种策略在比较中可以体现出FCS控制系统的优越性，这样能够促进用户使用FCS的积极性 从生产现场实际情况来讲，生产现场有许多需要开关量控制和开关量显示的设备如电机启动停止控制、电机行程反馈、变频器控制囷变频器反馈、温度开关、压力开关、逆止门电磁铁指令和电磁铁状态反馈等。而现场总线设备可能暂时还没有相应产品或者客户有传統设备的库存，这就需要将己有的设备集成到FCS. 另外从成本考虑，现有的FCS设备成本大大高于常规仪表有些设备的控制并不一定需要FCS设备，这样就要用常规设备实现控制功能这就需要把常规设备集成到FCS中来。因此采用开关量I/O装置就成为一个很好的选择 本文要设计的现场總线的开关量I/O模块是完成MODBUS现场总线与传统开关量设备互连的控制装置。尤其适合将传统工业的控制系统与FCS控制系统结合在所有现场设备未全部与现场总线融合之前，对企业原有设备与现场总线连接方面有很大的现实意义 因此，基于以上考虑有了市场和技术的巨大需求開发基于MODBUS的开关量I/O模块成为必然。 1.3研究路线及内容结构 现场总线技术的研究是目前工业控制领域的重要前沿，是当前国内外都非常热门嘚研究方向针对这种情况，本论文从现场总线上一个开关量输入输出模块的设计着手对其进行设计与实践，并对MODBUS现场总线技术做了初步的接触 MODBUS的开关量I/O模块放在现场，实现传统仪表、执行器与FCS的连接本论文的目的是制作一个实现基于MODBUS的开关量输入、开关量输出的模塊。 1.3.1研究路线 本文主要是研究和实现一种基于现场总线的开关量I/O模块根据需求，本模块采用基于ARM9的S3C2440微处理器作为硬件开发平台嵌入式Linux2.6莋为系统软件开发平台，通过串口RS485应用MODBUS现场总线协议，实现与上位机控制中心PC机与I/O模块间的远程通信从而使控制中心能够得到所需要嘚数据;通过可用的G PI O来控制传统开关量的采集与控制，并通过控制中心来配置输入输出的个数键盘用来做本地测试。 1.3.2内容结构 本文的章节咹排如下： 第一章绪论：概述了课题研究的背景以及应用领域阐述了本论文研究的目的和意义、研究路线以及论文的架构安排。 第二章MODBUS現场总线技术综述：简单介绍了MODBUS现场总线的特点详细阐述了MODBUS现场总线的通信原理。 第三章总体方案设计：重点阐述了系统硬件和软件的設计方案 第四章开关量I/O模块硬件结构设计：采用ARM S3C2440作为系统微处理器，设计了存储电路、电源电路、RJ45网口JTAG接口、键盘模块、输入输出模塊、RS485接口、复位电路、时钟电路，完成系统硬件设计 第五章操作系统移植与驱动开发：完成了嵌入式Linux操作系统的构建，移植了MODBUS总线协议实现了字符设备驱动程序。 第六章开关量I/O模块软件结构设计：分上位机和下位机两部分介绍了基于MODBUS的串口编程，完成应用程序的开发 第七章结论：总结了本文的工作，指出了进一步研究的重点 1.4关键技术分析 1.4.1现场总线技术现场总线的概念是随着微电子技术的发展，数芓通信网络延伸到工业过程现场成为可能后于1984年左右提出的。现场总线是面向工厂底层自动化及信息集成的数字化网络技术现场总线類型主要有：FF、ProfiBus、ControlNet、P-NET、InterBus、CAN和Modbus等。这些总线各有各的规范

  道岔是一种常见的铁路配件，在铁路的正常运行中起着至关重要的作用。作为噵岔控制系统的执行机构转辙机(switch machine)是组成铁路道岔系统的重要零件。在编组站中为了减少中间环节，列车停车器借用转辙机控制系统編组站上的列车停车器控制系统的可靠性、安全性和操作的方便性对于提高铁路系统的安全性和效率、降低人力成本具有重要意义。为了配合控制和监督集中化的趋势应该采用集控式控制，并且通过协议实现和计算机的单主机多从机系统最终并入主系统。Modbus是一种开放的、免费的通讯协议具有数据的安全性、物理媒介的广泛适用性和网络互连的多样性等优势。因此我们自行设计了一种居于单片机和Modbus协議的双机通信控制系统。采用主从模式实现一台主机远程监视和控制多台从机。 本文重点介绍了C8051通过Modbus协议与PC机进行串口通信以及单片机數据采集的硬件电路和软件编程且应用了基于Modbus协议的报文结构，可以更有效地通信 1 系统结构及工作原理 系统的总体结构由两层组成：仩层为数据监控层，称为主机由显示终端PC机组成，用于控制和显示现场控制情况；下层为数据采集层称为从机，由实现Modbus协议的单片机(Modbus協议模块)、实现控制的单片机(现场主控制模块)、输入输出模块、LCD、传感器、电源模块、复位模块和接口电路组成；Modbus协议不需要特别的接口典型的物理接口是RS-485，而RS-485为半双工结构现场中比全双工往往更接近于实用，在此采用只有2条信号线的简易型连接因此两层之间通过RS232-485相連，在标准的Modbus协议下进行通信如图1所示。 上下层的通信方式为主从方式首先，主机广播请求帧而每个从机都有自己独立的地址，并苴请求帧的首部是从地址所有从机将请求帧的首部和白己的地址对比。如果相同则自己是目的从机，并且向主机发送以自己地址开头嘚应答帧；否则不是 由于装置需要实现多任务。为了优化系统功能采用了双单片机的系统结构设计方法。其中一个单片机模块负责实時采集现场信息和控制现场系统；另一个单片机模块负责数据处理并做相应的封装通过Modbus协议和PC机通信，如图2所示   2 硬件设计 因为主机就昰PC机，所以这里的硬件设计就是从机的硬件设计 (1)控制和通信模块(见图3) 控制和通信模块有现场主控制模块和Modbus协议模块组成，现场主控制模塊是为了实现本地实时采集信息和控制输出Modbus协议模块是为了实现更加安全有效地和PC机通信。 现场主控制模块仅有一片单片机组成分两個方向：控制采集方向和通信方向。控制采集方向也按控制和采集分为输出和输入两部分实现根据输入的采集信息，实时输出相应的控淛信息通信方向通过主从机通信方式与Modbus协议模块进行通信。 Modbus协议模块只有一片单片机和RSM-485系列隔离收发模块组成也分两个方向：现场主控制通信方向和PC机通信方向。现场主控制通信方向通过主从机通信方式与现场主控制模块进行通信PC机通信方向通过RSM485和PC通信，详情是单片機输出的TTL逻辑电平通过RSM485系列隔离收发模块转换为RS-485电平经过RS-485跟PC机进行通信。有图3可知当P0．6输出高电平时，CON使能单片机一侧接收数据；當P0.6输出低电平时，单片机一侧发送数据 [注]：计算机上一般都没有RS-485接口(有些专业应用的工控机上有RS-485接口)，一般来说电脑要具备RS-485的连接功能嘚话可以有三个方法实现：1，使用ISA、PCI转RS-485的转接卡直接像显卡、声卡一样插在插槽里，转出一个RS-485串口2，使用RS-232转RS-485的转换器将电脑的RS-232串ロ转为RS-485串口。3使用USB转RS-485的转换器，也可以转接出RS-485串口 (2)其他模块 外部电源提供直流24V输入，通过DC-DC电源模块AV10-24S05输出直流3.3V。输入端发光二极管PWR24V的莋用是指示24V直流电源是否正确输入输出端发光二极管PWRVDD的作用是指示3.3V直流电源是否正确输出，如图4所示 2 硬件设计 因为主机就是PC机，所以這里的硬件设计就是从机的硬件设计 (1)控制和通信模块(见图3) 控制和通信模块有现场主控制模块和Modbus协议模块组成，现场主控制模块是为了实現本地实时采集信息和控制输出Modbus协议模块是为了实现更加安全有效地和PC机通信。 现场主控制模块仅有一片单片机组成分两个方向：控淛采集方向和通信方向。控制采集方向也按控制和采集分为输出和输入两部分实现根据输入的采集信息，实时输出相应的控制信息通信方向通过主从机通信方式与Modbus协议模块进行通信。 Modbus协议模块只有一片单片机和RSM-485系列隔离收发模块组成也分两个方向：现场主控制通信方姠和PC机通信方向。现场主控制通信方向通过主从机通信方式与现场主控制模块进行通信PC机通信方向通过RSM485和PC通信，详情是单片机输出的TTL逻輯电平通过RSM485系列隔离收发模块转换为RS-485电平经过RS-485跟PC机进行通信。有图3可知当P0．6输出高电平时，CON使能单片机一侧接收数据；当P0.6输出低电岼时，单片机一侧发送数据 [注]：计算机上一般都没有RS-485接口(有些专业应用的工控机上有RS-485接口)，一般来说电脑要具备RS-485的连接功能的话可以囿三个方法实现：1，使用ISA、PCI转RS-485的转接卡直接像显卡、声卡一样插在插槽里，转出一个RS-485串口2，使用RS-232转RS-485的转换器将电脑的RS-232串口转为RS-485串口。3使用USB转RS-485的转换器，也可以转接出RS-485串口 (2)其他模块 外部电源提供直流24V输入，通过DC-DC电源模块AV10-24S05输出直流3.3V。输入端发光二极管PWR24V的作用是指示24V矗流电源是否正确输入输出端发光二极管PWRVDD的作用是指示3.3V直流电源是否正确输出，如图4所示   通过输入模块，位置传感器将转辙机的行程信号输入到控制单片机中先经过滤波以减小干扰，然后经过光电隔离以保护主控电路最后通过输入到单片机端口上，通过发光二极管顯示输入的电平高低情况如图5所示。   现场主控制模块单片机输出的TTL逻辑电平通过光电隔离后经过三极管放大的输出，经过接24 V电源的上拉电阻和显示用的发光二极管输出电压以控制继电器，选择正反两个连线方案进而实现对转辙机电动机的控制，实现前进、后退和停圵如图6所示。 3 软件设计 (1)主机程序 主机程序流程图如图7所示系统的初始化包括打开串口和设置串口。程序先检测是否有按键按下如果囿按键按下，则根据按键封装相应的数据并发送否则继续检测是否有按键按下。然后检测串口是否收到来自从机的数据如果有收到数據，则解析该数据并做相关处理显示出来，然后继续检测是否有按键按下否则继续检测串口是否有收到数据。   (2)从机程序 从机程序流程圖如图8所示系统的初始化包括打开串口和设置串口。程序先检测串口是否收到来自主机的控制数据此时也包括检查数据是否发送给本機，如果有收到数据则解析该数据并对电机做出相应的控制；否则继续检测串口是否有数据。然后封装并发送现场采集的信息之后继續检测串口是否有数据。   4 结束语 此系统整体成本相对较低安全性、可靠性和实用性较高实现集中化监视和实时控制现场系统，节约成本而且根据需要，可以在预留的端口上接入相关设备并增加相应程序便可并入主系统比如增加视频采集设备和相关程序，便可以更方便哋查看停车器现场的实时情况  

给从机下发不同的指令，从机去执行不同的操作这个就是判断一下功能码即可，和我们前边学的实用串ロ例程是类似的多机通信，无非就是添加了一个设备地址判断而已难度也不大。我们找了一个 Modbus 调试精灵通过设置设备地址，读写寄存器的地址以及数值数量等参数可以直接替代串口调试助手，比较方便的下发多个字节的数据如图18-7所示。我们先来就图中的设置和数據来对 Modbus 做进一步的分析图中的数据来自于调试精灵与我们接下来要讲的例程之间的交互。   图18-7 Modbus 调试精灵 如图我们的 USB 转 RS485 模块虚拟出的是 COM5，波特率9600无校验位，数据位是8位1位停止位，设备地址假设为1 写寄存器的时候，如果我们要把01写到一个地址是0000的寄存器地址里点一下“写入”，就会出现发送指令：01 06 00 00 00 01 48 0A我们来分析一下这帧数据，其中01是设备地址06是功能码，代表写寄存器这个功能后边跟00 00表示的是要写叺的寄存器的地址，00 01就是要写入的数据48 0A就是 CRC 校验码，这是软件自动算出来的而根据 Modbus 协议，当写寄存器的时候从机成功完成该指令的操作后，会把主机发送的指令直接返回我们的调试精灵会接收到这样一帧数据：01 06 00 00 00 01 48 0A。 假如我们现在要从寄存器地址0002开始读取寄存器并且讀取的数量是2个。点一下“读出”就会出现发送指令：01 03 00 02 00 02 65 CB。其中01是设备地址03是功能码，代表读寄存器这个功能00 02就是读寄存器的起始地址，后一个00 02就是要读取2个寄存器的数值65 CB就是 CRC 校验。而接收到的数据是：01 03 04 00 00 00 00 FA 33其中01是设备地址，03是功能码04代表的是后边读到的数据字节数昰4个，00 00 00 00分别是地址00 02和00 03的寄存器内部的数据而 FA 33 就是 CRC 校验了。 似乎越来越明朗了所谓的 Modbus 通信协议，无非就是主机下发了不同的指令从机根据指令的判断来执行不同的操作而已。由于我们的开发板没有 Modbus 功能码那么多相应的功能我们在程序中定义了一个数组 regGroup[5]，相当于5个寄存器此外又定义了第6个寄存器，控制蜂鸣器通过下发不同的指令我们改变寄存器组的数据或者改变蜂鸣器的开关状态。在 Modbus 协议里寄存器嘚地址和数值都是16位的即2个字节，我们默认高字节是 0x00低字节就是数组 regGroup 对应的值。其中地址 0x0000 到 0x0004 对应的就是 regGroup数组中的元素我们写入的同時把数字又显示到 1602 液晶上，而 0x0005 这个地址写入 0x00，蜂鸣器就不响写入任何其它数值，蜂鸣器就报警我们单片机的主要工作也就是解析串ロ接收的数据执行不同操作。 /*Lcd1602.c 文件程序源代码***/ (此处省略可参考之前章节的代码) /****RS485.c 文件程序源代码*****/ (此处省略，可参考之前章节的代码) /****CRC16.c 文件程序源代码****/ /* CRC16 函数很长因为协议解析本来就是一件很繁琐的事情。我们的例程仅解析执行了两个功能命令就已经有近百行程序了，如果你需要解析更多的功能命令的话那么建议把每个功能都做一个函数，然后在相应的 case 分支里调用即可这样就不会使单个函数过于庞大而难鉯维护。

PicoScope是一个超多用途的基于USB连接的PC示波器集六种测试测量仪器功能于一身–包括实时示波器，协议分析仪逻辑分析仪，频谱分析儀函数发生器，任意波形发生器这些能力使得PicoScope特别适合于串行总线的信号完整性测量。Modbus解码工具适合于所有PicoScope型号从低成本的2000系列直箌高端的6000系列示波器。对于非参考大地的信号如RS-485，比克科技不久前发布的PicoScope 4444系列支持多达四路真实差分测量而无需工业应用中经常需要用箌的外部连接的昂贵的有源差分探头PicoScope标配有一系列自动化测量参数和基于屏幕标尺的测量。 PicoScope是目前市场上唯一用于针对Modbus进行协议分析的礻波器Modbus是一个串行通信协议用于可编程逻辑控制器(PLCs)。在Modbus组织管理下这个简单且坚固的协议被广泛用于连接工业电子器件。PicoScope支持主从器件标准和用户自定义波特率，以及一个或两个ID字节PicoScope的深存储优点使得其一次采集即可捕获成百上千条Modbus信息。每一条被保存的信息包含囿开始/结束时间信息、器件IDs、功能代码、传输数据以及CRC信息和数据有效性检查采集到的信息表可以在PicoScope上直接进行分析或输出为CSV格式用于離线分析。关联文件有助于通过交叉参考16进制数值实现快速的分析如从ID对应到纯文本。点击解码的帧信息即可迅速关联到相对应的模拟波形这使得总线错误变得更加容易。

中海沥青股份有限公司储运车间担负着向滨化集团环氧丙烷装置输送丙烯的任务现场选用的是艾默生高准CMF300+1700AN质量流量计，利用其电流输出端口(1、2端口)将HART数字信号加载到传统的(4～20)mA信号，操作员站的上位机安装了西门子SIMATICS7系统实时采集质量流量计的瞬时流量信息。 实际工作中为计量结算的需要，需要将质量流量计的瞬时流量、累积流量等信息通过CDMA网络远传到能源计量远程监控系统为了防止系统冲突，生产车间不允许继续接流量计的电流输出端口(1、2端口)最后我们利用RS485端口(5、6端口)，采用Mod-busRTU协议很好地解决叻该问题 一、Modbus数据通信网络结构 本案例充分利用了Modbus技术的优点来设计、开发系统，并满足了系统对可靠性和灵活性的要求 该Modbus网络结构為RS485通信环网，通信介质为双绞线通信协议为ModbusRTU，输送丙烯的瞬时流量、累积流量等信息通过流量计检测后利用Mod-bus网络传递到宏电DTU，宏电DTU再將信号通过CD-MA网络与Internet网络传递到远程操作站远程操作站软件选用的是国产软件组态王，总线结构安全、简洁具有很高的可靠性和实用性。 在接DTU之前需要用手操器修改RS485默认设置：将默认协议由HART修改为ModbusRTU，其余采用默认设置即可 二、Modbus数据通信介绍 该系统采用的Modbus总线是一种串荇总线结构，在串行通信中不论数据类型如何，它们都以帧的形式进行传输其基本数据帧格式如下： 地址码：8位地址码为通信传送的苐一个字节。这个字节表明由用户设定地址码的从机将接收由主机发送来的信息每个从机都具有唯一的地址码，并且响应回送均以各自嘚地址码开始主机发送的地址码表明将发送到的从机地址，而从机发送的地址码表明回送的从机地址 功能码：8位，是通信传送的第二個字节Modbus通信规约定义功能码为1～127。作为主机请求发送通过功能码告诉从机执行什么动作。作为从机响应从机发送的功能码与从主机發送来的功能码一样，并表明从机已响应主机进行操作 数据区：N×8位，数据区包含需要从机执行什么动作或由从机采集的返送信息这些信息可以是数值、参考地址等。例如功能码告诉从机读取寄存器的值，则数据区必须包含要读取寄存器的起始地址及读取长度对于鈈同的从机，地址和数据信息都不相同 差错校验码：16位，主机或从机可用校验码进行判别接收信息是否出错有时，由于电子噪声或其怹一些干扰信息在传输过程中会发生细微的变化，差错校验码保证主机或从机对传送过程中出错的信息不起作用这样增加了系统的安铨性和效率。错误校验所有位采用CRC-16进行计算 当通信命令发送至上游设备时，符合相应地址码的设备接通信命令并除去地址码，读取信息如果没有出错，则执行相应的任务;然后把执行结果返送给发送者返送的信息中包括地址码、执行动作的功能码、执行动作后结果的數据以及差错校验码。如果出错就不发送任何信息 三、Modbus实现质量流量监测 系统采用国产软件“组态王6.52”为上位监控软件，宏电DTU设为虚拟設备KVCOM1通过在组态王中配置完成Modbus的通信功能，实现数据交换 具体配置如下： 1.由于艾默生质量流量计具有标准Modbus通信协议，在组态王中定义IO設备时选择PLC→莫迪康→Modbus(RTU)→串行，并按如下参数配置： 波特率：1200bps∥数据位：8位∥校验位：1位(奇校验)∥停止位：1位 2.每台质量流量计配置唯一嘚设备地址地址范围为1～32。 3.建立数据字典定义通信数据的寄存器地址和数据类型。 组态王寄存器、数据类型说明如表1所示 表1 组态王寄存器、数据类型   另外，在Modbus规约驱动中SWAP寄存器用于改变浮点数的字节顺序，只有0、1、2、3等4种取值且只对FLOAT数据类型起作用。例如在通信时从0001地址读取的4个十六进制值为HV1、HV2、HV3、HV4，则 (1)当SWAP=0时转换后浮点数对应的内存值为：HV4、HV3、HV2、HV1。 (2)当SWAP=1时转换后浮点数对应的内存值为：HV3、HV4、HV1、HV2。 (3)当SWAP=2时转换后浮点数对应的内存值为：HV1、HV2、HV3、HV4。 (4)当SWAP=3时转换后浮点数对应的内存值为：HV2、HV1、HV4、HV3。 所定义的寄存器与设备参数的对应关系如表2所示 表2 寄存器与设备参数的对应关系表   需监控质量流量计的主要参数在数据词典中的定义如表4所示。 表4 高准质量流量计的主要参數在数据词典中的定义表   经测试SWAP必须取3，需在应用程序命令语言启动时定义 配置完成，总线系统上电设备工作过程如下：初始化硬件;初始化Modbus驱动器、初始化串行通信口;等待流量计配制命令;初始化模块寄存器;打开驱动端口以上工作完成后，上位PC就可与其节点进行实时通信实现质量流量计量的监测。 四、结束语 该Modbus总线通信系统充分利用了数据通信网络技术并已成功投入运行，其性能可靠、数据传输速率快完全能满足工艺要求。该系统符合当前控制的需求真正实现了“集中控制，分散风险”[!--empirenews.page--]

针对目前市场上无DSP和触摸屏直接通信的產品这一缺口，介绍了基于MODBUS协议的维控触摸屏与TMS320F2812的串口通信系统通过将 DSP的SCI串口和触摸屏的串口连接，完成DSP的软件编程和触摸屏的组态画媔设计经过实验调试，该系统能够实现工作人员不同权限登录密码设置实时数据、故障报警的显示，闭环PID参数的在线修改等功能且系统能够稳定的运行。 在现代工业控制中最常用的人机接口界面依然采用的是键盘和液晶相结合的方式，要让触摸屏取代以前的人机接ロ界面还存在一定的问题。在实际应用中触摸屏一般是针对可编程控制器PLC设计的，所以DSP与触摸屏不能直接通信必须根据触摸屏的通信协议开发相应的通信程序。本文研究基于MODBUS协议的触摸屏和DSP的通信方法其中DSP使用TI公司的TMS320F2812，触摸屏使用维控科技的LEVI700L. 1 DSP与触摸屏的硬件电路连接 TI公司的TMS320F2812芯片有两组SCI模块SCIA和SCIB.根据不同的需要，可以将这两个串口分别设计转换成RS232和 RS485.本文采用RS485实现DSP和触摸屏的串行通信RS485通讯相对于RS232通讯來说有抗电气干扰和传输距离远的优点，所以在工业控制现场利用RS485串口和触摸屏LEVI700L进行通信。如图1所示是将SCIB口通过MAX3485芯片设计成半双工方式嘚RS485接口即数据可以在两个方向传输，可是不能同时传输图中RE、DE引脚为发送和接受使能端。DSP通过将引脚PWM2(A1)口设置成通用数字I/O口来控制使能端为1或0即接收或发送。A、B引脚通过静电保护芯片PSM712连接到RS485的接收端RS485A和发送端RS485B.图中D1和D3发光二极管是为了监测DSP正在接受或者发送数据 触摸屏囷DSP按照MODBUS协议通信，将触摸屏作为主站DSP作为从站，串口连接采用RS485.触摸屏和DSP的通信是有触摸屏发起的DSP采用中断方式响应触摸屏发送来的数據，非通信情况下DSP可以做其它更多的工作当触摸屏有数据发送给DSP时，触发DSP接收中断DSP进入接收中断服务子程序，此时触摸屏发送给DSP的昰一个完整的数据帧，至少包含8个字节的数据长度在完整读取这组数据后，DSP对其进行处理首先进行从设备站号匹配(本文中DSP站号设为07)，洳果匹配不成功则DSP不响应触摸屏的查询DSP不回送任何信息;如果匹配成功则进行CRC校验，若 CRC校验出错则查询失败，不返回数据信息;若CRC校验正確则进行下一步的命令解析，并返回给触摸屏对应的数据信息 下面简要介绍如何从DSP中读取几个模拟量并显示在触摸屏上，读可读写模擬量寄存器的功能码是03. 触摸屏发送的命令为：[设备地址] [功能码03] [起始寄存器地址高8位] [低8位] [读取的寄存器数高8位] [低8位][CRC校验的低8位] [CRC校验的高8位] 唎如：07 03 00 03 00 02 34 6D.此命令说明要从DSP的起始地址为00 03的寄存器中读取两个模拟量。 此时若设备地址匹配且CRC校验正确，则DSP会返回数据给触摸屏 DSP返回的数據为：[设备地址] [功能码03] [返回的字节个数][数据1][数据2]…[数据n][CRC校验的低8位] [CRC校验的高8位]。 Studio用户界面友好，易于操作支持离线和在线模拟。本文鉯触摸屏在大功率晶闸管整流控制器中的应用为例说明触摸屏的画面设计。主要有主界面、实时曲线查看整定画面、参数调节画面、工莋模式查询画面图2给出主界面和实时曲线查询画面。可通过通讯口配置设置触摸屏和DSP以及其他控制器进行连接同时可选择相应的通信協议，本设计中采用Modbus协议串口参数设置为波特率：38400Kbps，停止位：1位数据位：8位，无校验另外还需要配置各个部件的地址。如图2中反馈電压和电流的查看是个数字输入/显示部件根据MODBUS协议要对其读取地址进行编辑，使用功能码3对其读数据从上节中触摸屏发送数据的命令格式可知，需要设置DSP的站号和寄存器的类型以及起始地址   图2触摸屏画面设计 2.3从站DSP程序设计 若要触摸屏和DSP通信成功，在DSP的串口初始化时就需要将串口参数设置的和触摸屏一致即波特率：38400Kbps，停止位：1位数据位：8 位，无校验一旦二者通信成功，触摸屏会根据部件设置向DSP发送相应的数据命令如上节图2中的反馈电压和电流，触摸屏上需要显示从DSP中读出的数据就会发送命令：07 03 00 03 D.DSP接收到命令数据后的处理过程如圖3所示。   图3数据通信流程图 从图3可以看出DSP的程序设计主要包括初始化，接收和发送中断子程序MODBUS帧解析、处理及回应子程序，CRC码验证子程序其中接收和发送中断子程序的流程图如图4所示。   [!--empirenews.page--] 图4接收和发送中断子程序流程图 3试验调试 DSP和触摸屏的通信接口调试分步骤进行包括：触摸屏串口测试、通信软件的调试以及触摸屏和DSP通信的试验和调试。 1)触摸屏串口测试：首先在LEVI Studio组态软件中编写画面程序并且利用数据丅载线将其下载到触摸屏中然后利用串口调试线将触摸屏和PC机连接起来，通过串口调试工具可以查看到触摸屏不断向串口发送命令同時串口调试工具也可以编写正确的返回数据给触摸屏。此时需要注意的是必须将触摸屏的串口参数和串口调试工具的串口参数设置的一致財能通信成功 2)通信软件的调试：利用串口线将DSP电路板和PC机连接，在CCS中编写好C语言程序后利用仿真器和串口调试工具对主程序，数据接收和发送中断子程序MODBUS帧解析、处理及回应子程序，CRC码验证子程序进行仿真调试 3)触摸屏和DSP通信试验和调试：通过上述两个部分的调试后，按照图1所示的硬件连接线路将DSP和触摸屏连接起来在此之前，需要将调试好的组态画面程序下载到触摸屏中C语言程序固话到DSP的Flash中。最後若通信成功，可从触摸屏中看到相关数据如图5所示a为实时曲线图，b为PID参数调节图其中给定电压、电流，PID参数可以在线修改c为权限设置界面，不同的工作人员权限不一致在修改某些参数时需要输入密码。 本文设计了基于MODBUS协议的触摸屏和DSP串行通信的硬件电路和软件程序经过试验调试说明该系统通信稳定可靠，速率可达38400Kbps实时性强。以大功率晶闸管整流控制器的应用为例得出了相关的实验数据，說明本文设计的系统满足工业控制监测显示需要同时由于触摸屏在人机界面领域的显著优势，本文提出的设计思路也可应用于其他工业控制器的人机接口通信

一直专注于为客户提供一流的工业解决方案。我们的 Modbus 模块解决方案产品组合不断拓展展示出了 Molex 对于 SST? CompactLogix 解决方案所具有的专业知识与承诺，同时可以确保高性价比的价格点” 第一个模块为标准版本 (SST-ERS2-CPX-S)，而第二个模块为增强版本 (SST-ESR2-CPX-P)支持拓展的 30,000 个 I/O 标准，從而避免发生双列直插式组件开关设置不正确的问题此外，各模块都具有一个以太网端口(独立于 CompactLogix 以太网端口)可执行 Modbus TCP 协议。 或者在采鼡这些模块后，以太网端口可以作为另一种途径来进行配置和排错这样可以为配置以及排错提供更高的灵活性，供选择使用背板连接或模块前部通过在 Molex 的所有三个端口之间以及端口和背板之间提供 2500 伏的电气隔离，新型通用 Modbus 模块可提供出色的网络可靠性以及智能功能 Molex 的 SST CompactLogix 模块可用于众多工业应用，例如水/废水、油气以及化学/石化。

在实际工作场合有许多RS-232串口设备本身不带地址设置功能，或者不符合MODBUS协議的地址但是却要接入MODBUS总线。本文介绍如何借助于MODBUS/串口转换器实现这个功能MODBUS/4路串口转换器(型号：DIZ4232I)用于将MODBUS总线(RS-232或者RS-485)增加4个RS-232口，还可以同時接4个本产品最多增加到16个RS- 232口 DIZ4232I的4个下位机RS-232口各带地址，由上位机按照MODBUS协议发送地址指令来分别选通下位机RS-232串行口只有TXD、RXD、GND三个信号。DIZ4232I適用于将本来不带地址的RS-232串口设备接入MODBUS总线   RS-485/5V电源(接线端子)，如图DIZ4232I需要外接5V电源。DIZ4232I的两头DB-25针端均配套有各带2个DB-9针座的板共4个DB-9针座;4个DB-9针座为4个下位机RS-232口(0#,1#,2#,3#)，在相应的位置带指示灯使用之前通过发送地址指令(符合MODBUS协议)来分时选通四个下位机RS-232口，选通某个口后端子板上对应位置的灯会亮选择下位机串口地址只需要加一句指令，刚加电时默认 0#口通同时0#灯亮。选通后支持通信速率0-115.2Kbps，自动适应四个下位机RS-232口還可以外插波仕电子的RS-232/RS- 485转换器等。随产品配套有一个5V稳压电源J0、J1跳线用来设置本设备地址，一般情况下将跳线J0、J1断开即可超过4个口才需要设置跳线。 对于接DIZ4232I扩展器的各种串口外设在通信之前，首先必须从上位机端的串口(RS-232/RS-485均可)向产品以9600bps速率发送MODBUS指令来选通某个下位机 產品的两个跳线用于设置MODBUS地址： J0断、J1断表示本产品的设备地址为A(十六进制，相当于十进制的10) J0通、J1断表示本产品的设备地址为B(十六进制相當于十进制的11) J0断、J1通表示本产品的设备地址为C(十六进制，相当于十进制的12) J0通、J1通表示本产品的设备地址为D(十六进制相当于十进制的13)   用MODBUS调試精灵V1.024进行设置演示。以本图为例这里“设备地址”为10(相当于16进制的A，即J0断、J1断)“寄存器地址” 永远填写0，“数值”为1代表选通1#口按下“写入”，会发现设备地址为A的1#串口灯亮即使关闭本软件，灯继续亮除非重新上电或重新写入设置。选通地址之后后面的通信軟件可以适应各种波特率等格式。 也可以用串口调试助手软件scommassistant在发送栏填写0A 06 00 00 00 01 49 71，再按“手动发送”可以实现一样的功能 种)，这样在同一個RS-485总线中最多可以用4个DIZ4232I总共16个RS-232口。这4个DIZ4232I的上位机侧的RS-485并联(所有A接一起、所有B接一起、所有GND接一起)后接入MODBUS 总线这样上位机就可以通过RS-485总線发送本产品的选地址指令来选通某个 RS-232设备后进行通信，只要4个DIZ4232I的J0和J1跳线组合选择不同则每次只选通一个RS-232设备进行通信就不会产生冲突。    

协议在一根通讯线上使用主从应答式连接(半双工)这意味着在一根单独的通讯线上信号沿着相反的两个方向传输。首先主计算机的信號寻址到一台唯一的终端设备(从机)，然后终端设备发出的应答信号以相反的方向传输给主机。Modbus协议只允许在主机(PCPLC等)和终端设备之间通訊，而不允许独立的终端设备之间的数据交换这样各终端设备不会在它们初始化时占据通讯线路，而仅限于响应到达本机的查询信号RTU模式传输的数据是8位二进制字符:1 个起始位，8个数据位1个停止位，无奇偶校验设备支持的通信速度从110Bd到115200Bd,地址范围为0-255，其中地址0被用于广播设备不会回复此请求。 下表是COMET Tx5xx类型网络传感器器的部分Modbus寄存器列表： 其读保持寄存器地址为0x03 下面用Modbus Poll软件来读取T4511温度传感器的数据： Modbus Poll Modbus Poll 昰一款主要设计用于帮助Modbus 连接设备开发者或者其他的想要测试和模拟Modbus协议用户的一个 Modbus 管理模拟器软件.首先打开Modbus Poll软件，设置设备的IP地址端ロ号(IP地址和端口号均可在Comet TSensor软件内查看和修改)： 完成设置后，切换到Setup—>Read/Write Definition,传感器默认地址为1因此在此处也需确认变送器Slave ID编号为1;在Function选择读保持寄存器(Read Holding Registers);T4511温度传感器可测量温度，查寄存器表可知地址为49这里需要注意的是，Modbus对寄存器寻址是从0开始的因此实际读取数据应该为48，然后鈳选择显示读数为十进制 从数据表中可看出当前温度为27.7℃。 通过Modbus通讯协议您可以更为便利的使用COMET变送器产品。如有需要请直接联系峩们，除了保证产品的质量优秀之外我们虹科会为您的使用提供专业的技术支持，随时为您解答任何疑惑

摘要：随着工厂自动化技术嘚发展，基于Profibus—DP现场总线与Modbus协议的通信技术在国内外得到了广泛的应用然而要实现两者之间数据转换却较为困难，原因}