第3章 Modbus现场总线及其应用 3.2 Modscan软件与ATS48软启Modbus RTU通信实例
3.2.1 硬件连接 实验需要使用的硬件如表3-3所示。
第3章 Modbus现场总线及其应用 TSXCUSB485通信电缆如图3-5所示，分别有一个USB接口
和一个RJ45接口，USB接口直接连接至PC，RJ45接口通过网络 电缆连接至ATS48软启。
Modbus有Modbus RTU和Modbus ASCⅡ两种传输方式。它 们的主要区别在于Modbus RTU是以RTU(远程终端单元)模式通 信，消息中传送的是数字；而Modbus ASCII是以ASCII(美国 标准信息交换代码)模式通信，消息中传送的是ASCII字符。
第3章 Modbus现场总线及其应用
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2. Modbus RTU硬件连接 Modbus RTU的物理层是基于RS485的，它的标准连接方式 是二线制多点连接串行总线，如图3-2所示。 总线上的干线电缆类型、总线最大长度、最大站数量、分 接连线的最大长度、总线极化、线路端接器、公共端极性的具 体规定如表3-1所示。
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(1) 配置为奇校验或者偶校验，“1”的位数将算到每个 字符的位数中(RTU中为8个数据位)。例如，RTU字符帧中包含 8个数据位11000101，整个“1”的数量是4个。如果使用了偶 校验，则帧的奇偶校验位将是0，使得整个“1”的个数仍然是 4个；如果使用了奇校验，则帧的奇偶校验位将是1，使得整个 “1”的个数变为5个。
数据：主站发送的请求数据或者从站反馈的应答数据。 CRC16：循环冗余校验参数。
消息在标准的Modbus系列网络传输时，每个字符或字节 以如下方式发送，从左到右依次表示为最低有效位到最高有效 位。
第3章 Modbus现场总线及其应用 使用RTU字符帧时，有奇偶校验，位的序列是：
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如果从站产生一个正常的回应，回应消息中的功能码则是 在查询消息中的功能码的回应。数据段包括了从站收集的数据： 寄存器的值或者状态。如果有错误发生，功能码将被修改以用 于指出回应消息是错误的，同时数据段包含了描述此错误信息 的代码。错误检测允许主站确认消息内容是否可用。
主站和从站之间的数据交换方式有以下两种： (1) 主站向从站发送请求并等待其响应。 (2) 主站向所有从站发送请求，但不等待它们响应(广播 模式)。 主站和从站的查询和回应周期如图3-1所示。
第3章 Modbus现场总线及其应用 图3-1 查询和回应的周期
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主站发送的查询消息中，通过功能码告知被查询的从站需 要执行哪种功能，数据段中包含了从设备需要执行功能的附加 信息。例如，功能代码03是要求从设备读取保持寄存器并返回 它们的内容。数据段必须包含要告知从设备的信息：从哪个寄 存器开始读取，需要读取的寄存器数量。错误检测为从站提供 一种验证消息内容是否正确的方法。
ATS48软启在和PLC等上位机通信时，可以使用分线箱或 者分线盒来实现多个从站通信线路的并联，分别如图3-3和图 3-4所示。
第3章 Modbus现场总线及其应用 图3-3 通过分路块和RJ45型连接器的连接
第3章 Modbus现场总线及其应用 图3-4 通过接线盒的连接
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(1) 03功能码的消息格式： 主机请求
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(2) 06功能码的主机请求和从机应答的消息格式是相同 的：
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4. 错误检测 标准的Modbus采用两种错误检测方法：奇偶校验和帧检 测。奇偶校验应用于每个字符，帧检测(LRC或CRC)则应用于 整个消息。它们都是在消息发送前由主设备产生的，从设备在 接收过程中检测每个字符和整个消息。 1) 奇偶校验 用户需要配置控制器是奇校验、偶校验或无校验，这将决 定每个字符中的奇偶校验位是如何设置的。
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3.1.2 Modbus RTU通信协议 1．Modbus RTU数据交换 Modbus RTU的数据是以二进制代码传输的，数据帧里不
包含任何消息报头字节或消息字节结束符。其基本格式定义如 下：
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请求代码：即功能码。不同的功能码能实现数据的读写、 诊断等不同的功能。
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FOr：通信格式，即Modbus通信的数据格式。本实验中设 置为8E1，即8个数据位，Even偶校验，1个停止位。
tLP：串口超时设定，即Modbus通信的超时时间。本实验 使用出厂值5 s，即PC和ATS48的通信数据交换中断超过5 s则 软启进入通信故障状态。
第3章 Modbus现场总线及其应用 图3-2 Modbus RTU的标准连接方式
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实际应用中，尤其要注意终端电阻的使用，在整个总线的 起始和终止位置都要加上终端电阻，它们可以消除在通信总线 上由于阻抗不连续或者阻抗不匹配引起的信号反射，从而保证 通信数据的稳定传输。
能力目标 (1) 掌握PLC和其他设备Modbus通信的建立方法。 (2) 掌握通信程序的结构。
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3.1 Modbus总线概述
3.1.1 Modbus总线简介 Modbus是莫迪康(Modicon)公司在1979年发布的，莫迪康
被施耐德(Schneider)收购以后，施耐德将Modbus作为中高端 设备的标准配置广泛应用于现场中。
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Add：通信地址，即ATS48的从站通信地址。在Modbus通 信中，每个从站都有自己唯一的不重复的地址。本实验中将该 软启的通信地址设置为3。
tbr：通信速度，即Modbus通信的波特率。在实际应用中， 通信速度越快，数据的刷新速度就越快，但通信距离越短；通 信速度越慢，数据的刷新速度就越慢，但通信距离越长。本实 验中PC和ATS48仅有1 m左右，可以使用最高波特率19.2 kb/s。
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CRC16校验码计算方法如下： (1) 将CRC寄存器(16位)初始化为16#FFFF。 (2) 把通信信息帧的第一个字节(8位二进制数据)与CRC 寄存器的低8位相异或，并把结果储存于CRC寄存器的低8位， CRC寄存器的高8位数据不变。 (3) 将CRC寄存器的内容朝低位右移1位，并用0填补最高 位。 (4) 检查右移后的输出位，如果输出位为0，则重复步骤 (3)；如果输出位为1，则CRC寄存器和16#A001相异或。
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错误检测域为CRC循环冗长检测。 Modbus RTU的主要优点是在波特率相同的情况下可以比 Modbus ASCII传送更多的数据。施耐德的变频器、软启、电 机控制器等使用的Modbus都是Modbus RTU。
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2. Modbus ASCII传输方式 Modbus ASCII消息中每个8 bit字节都作为两个ASCII字 符发送。代码系统为十六进制，ASCII字符0，…，9，A，…， F；消息中的每个ASCII字符都是由一个十六进制字符组成。 每个字节的位包括： · 1个起始位。 · 7个数据位，最小的有效位先发送。 · 1个奇偶校验位，无校验则无。 · 1个停止位(有校验时)，2个bit(无校验时)。 错误检测域为LRC纵向冗长检测。 Modbus ASCII的主要优点是字符发送的时间间隔可以达 到1秒而不产生错误。
3. Modbus RTU常用功能码 功能码是Modbus通信的基础，不同的功能码能够实现数 据的读/写、对设备的诊断等功能。Modbus公用功能码定义如 表3-2所示。
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其中最常用的就是03(读取保持寄存器)和06(写入单个寄 存器)等功能码。它们的消息格式如下：
第3章 Modbus现场总线及其应用 图3-6 ATS48的Modbus通信端口
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3.2.2 软启配置 本实验中，只需要和ATS48进行只需要在CL1、CL2端子上连接 控制电源即可。
ATS48软启通信相关的设置都集中在COP菜单中，如表3-4 所示。
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注意：在实际使用过程中，Modbus作为协议在主机和从 机中都已经被定义好，主机在发送和接受命令时是参考以上格 式来进行的，但是在编写主机的命令时需要按照主机的语言来 编写。例如，施耐德的M340 PLC的读写命令是Read_var和 Write_var，编程时只需要按PLC的格式发出读/写命令即可， PLC会将命令转换成Modbus的格式发送出去，功能码、CRC16 校验码等是不需要人为编写的。
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Modbus是位于OSI模型第7层的应用层消息传送协议，它 为连接于不同总线或网络的设备提供了主/从模式的通信。总 线上只能有一个主机，可以有多个从机(最多支持247个从机， 主机和从机通过请求和应答的方式来实现通信，所有的请求都 由主机发出，从机负责应答，需要使用Modbus规定的功能码。
1. Modbus RTU传输方式 Modbus RTU消息中每个8 bit字节包含两个4 bit的十六 进制字符。代码系统为8位二进制，十六进制数0，…，9， A，…，F；消息中的每个8位域都是由两个十六进制字符组成。 每个字节的位包括： · 1个起始位。 · 8个数据位，最小的有效位先发送。 · 1个奇偶校验位，无校验则无。 · 1个停止位(有校验时)，2个bit(无校验时)。