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modicon_MODBUS协议中文版.doc
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.
第一章
协议
介绍 协议介绍
两种串行传输模式
信息帧
错误检查方法
Modbus 协议介绍
可编程控制器之间可相互通讯也可与不同网络上的其他设备进行通讯支撑网络有 的 和
工业网络。网络信息存取可由控制器内置的端口网络适配器以及 提供的模块选件和网关等设备实现
对 机械设备制造商来说 可为合作伙伴提供现有的程序可使 网络紧密地集成到他们的产品设
计中去。
的各种控制器使用的公共语言被称为 协议该协议定义了控制器能识别和使用的信息结构。当在
网络上进行通讯时协议能使每一台控制器知道它本身的设备地址并识别对它寻址的数据决定应起作用的类型取
出包含在信息中的数据和资料等控制器也可组织回答信息并使用 协议将此信息传送出去。
在其他网络上使用时数据包和数据帧中也包含着 协议。如或 网络控制器中有相应的应用程
序库和驱动程序实现嵌入式 协议信息与此网络中用子节点设备间通讯的特殊信息帧的数据转换。
该转换也可扩展处理节点地址路由和每一个特殊网络的错误检查方法。如包含在 协议中的设备地址在信
息发送前就转换成节点地址错误检查区也用于数据包与每个网络的协议一致最后一点是需用 协议写入嵌入的
信息定义应处理的动作。
图 说明了采用不同通讯技术的多层网络中设备的互连方法。在信息交换中嵌入到每个网络数据包中的 协议提
供了设备间能够交换数据的公共的语言。
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图 1:Modbus 协议应用示意图
为 上的数据传输
控制器上的标准 端口是使用一个 兼容的串行接口定义了连接器接线电缆信号等级传输
波特率和奇偶校验控制器可直接或通过调制解调器以后简称 接入总线网络。控制器通讯使用主从技术
即主机能起动数据传输称查询。而其它设备从机应返回对查询作出的响应或处理查询所要求的动作。典应的主机设备
应包括主处理器和编程器。典应的从机包括可编程控制器。
主机可对各从机寻址发出广播信息从机返回信息作为对查询的响应。从机对于主机的广播查询无响应返回
协议报据设备地址请求功能代码发送数据错误校验码建立了主机查询格式从机的响应信息也用 协议组织它包
括确认动作的代码返回数据和错误校验码。若在接收信息时出现一个错误或从机不能执行要求的动作时从机会组织一个
错误信息。并向主机发送作为响应。
在其它总线上传输数据
除标准的 功能外有些 控制器内置端口或总线适配器在 总线上实现通讯或使用网络适配
器在 网络上通讯。
在这些总线上控制器间采用对等的技术进行通讯即任意一个控制器可向其它控制器启动数据传送。因此一台控制器
既可作为从机也可作为主机常提供多重的内部通道允许并列处理主机和从机传输数据
在信息级尽管网络通讯方法是对等的但 协议仍采用主从方式若一台控制器作为主机设备发送一个信息则可从
一台从机设备返回一个响应类似当一台控制器接受信息时它就组织一个从机设备的响应信息并返回至原发送信息的控制
器。
查询响应周期:
图 2:主从查询响应周期
查询:
查询中的功能代码为被寻址的从机设备应执行的动作类型。数据字节中包含从机须执行功能的各附加信息如功能代码
将查询从机并读保持寄存器。并用寄存器的内容作响应。该数据区必须含有告之从机读取寄存器的起始地址及数量错
误校验区的一些信息为从机提供一种校验方法以保证信息内容的完整性。
响应:
从机正常响应时响应功能码是查询功能码的应答数据字节包含从机采集的数据如寄存器值或状态。如出现错误则修
改功能码指明为错误响应。并在数据字节中含有一个代码来说明错误错误检查区允许主机确认有效的信息内容。
两种串行传输模式
控制器可使用 或 !" 通讯模式在标准 上通讯。在配置每台控制器时用户须选择通讯模式以及串行口
的通讯参数。波特率奇偶校验等在 总线上的所有设备应具有相同的通讯模式和串行通讯参数。
选择 或 !" 模式用于标准的 总线。它定义了总线上串行传输信息区的#位#的含义决定信息打包及解
码方法。
如在 和 总线上时 信息以帧的方式出现并与串行传输无关如请求读保持寄存器可以在
上的两个控制器之间处理而与使用的控制器的 端口无关。
模式
主机查询信息
设备地址
功能代码
8 位
数据字节
错误校验
设备地址
功能代码
8 位
数据字节
错误校验
从机响应信息
4 个
Modus
设 备 或 网
络
编程器 编程器
<去 MB+>
S980<去 MAP>
AT/HC-984
和
HOST/MMHI
AT/HC-984
和
HOST/MMHI
984A/B
和
S985
.
当控制器以 模式在 总线上进行通讯时一个信息中的每 $ 位字节作为 个 字符传输的这种模式
的主要优点是允许字符之间的时间间隔长达 也不会出现错误。
码每一个字节的格式:
编码系统: % 进制 字符 &' 个 % 进制
数据位: 起始位
( 位数据低位先送
奇)偶校验时 位;无奇偶校验时 位
〔* 位带校验 停止位;无校验 止位
错误校验区: 纵向冗余校验
RTU 模式
控制器以 !" 模式在 总线上进行通讯时信息中的每 $ 位字节分成 个 + 位 % 进制的字符该模式的主要优
点是在相同波特率下其传输的字符的密度高于 模式每个信息必须连续传输。
!" 模式中每个字节的格式:
编码系统:$ 位二进制十六进制 &'
数据位: 起始位
$ 位数据低位先送
奇)偶校验时 位;无奇偶校验时 位
停止位 位带校验,停止位 位无校验
带校验时 位停止位;无校验时 位停止位
错误校验区:循环冗余校验
信息帧
何论是 模式还是 !" 模式 信息以帧的方式传输每帧有确定的起始点和结束点使接收设备在信息的起
点开始读地址并确定要寻址的设备 广播时对全部设备以及信息传输的结束时间。可检测部分信息错误可作为一种结
果设定。
对 或 协议可对信息帧的起始和结束点标记进行处理也可管理发送至目的地的信息此时信息传输中
数据帧内的目的地址已无关紧要因为 地址已由发送者或它的网络适配器把它转换成网络节点地址和路
由。
ASCII 帧
在 模式中以-号 .表示信息开始以回撤一换行键*' / 和 .表示信息结束。
对其它的区允许发送的字符为 % 进制字符 &'。网络中设备连续检测并接收一个冒号-时每台设备对地址区
解码找出要寻址的设备。
字符之间的最大间隔为 若大于 则接收设备认为出现了一个错误。
典型的信息帧见下表
开始 地址 功能 数据 纵向冗余
检查
结束
字符
:
字符 字符 字符 字符 字符
图 3ASCII 信息帧
例外:对于 0$+ 和 &$+))1 控制器一个 信息可在 * 区后正常终止而不需发送 *' 字符此时出现 的时
间间隔控制器也将认为是正常中断。
RTU 帧
!" 模式中信息开始至少需要有 20 个字符的静止时间依据使用的波特率很容易计算这个静止的时间如下图中的
!!!!+。接着第一个区的数据为设备地址。
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各个区允许发送的字符均为 % 进制的 &'。
网络上的设备连续监测网络上的信息包括静止时间。当接收第一个地址数据时每台设备立即对它解码以决定是否是
自己的地址。发送完最后一个字符号后也有一个 20 个字符的静止时间然后才能发送一个新的信息。
整个信息必须连续发送。如果在发送帧信息期间出现大于 20 个字符的静止时间时则接收设备刷新不完整的信息并
假设下一个地址数据。
同样一个信息后立即发送的一个新信息〔若无 。0 个字符的静止时间这将会产生一个错误。是因为合并信息的
校验码无效而产生的错误。
开始 地址 功能 数据 校验 终止
!!!!+
$ 位 $ 位 34$ 位
% 位
!!!!+
图 4RTU 信息帧
信息帧5
地址设置
信息地址包括 个字符 或 $ 位!"有效的从机设备地址范围 +(十进制各从机设备的寻址范围
为 +(。主机把从机地址放入信息帧的地址区并向从机寻址。从机响应时把自己的地址放入响应信息的地址区让主机
识别已作出响应的从机地址。
地址 为于广播地址所有从机均能识别。当 协议用于高级网络时则不允许广播或其它方式替代。如
使用令牌循环自动更新共享的数据库。
功能码设置
信息帧功能代码包括字符 或 $ 位!"。有效码范围 0十进制其中有些代码适用全部型号的
控制器而有些代码仅适用于某些型号的控制器。还有一些代码留作将来使用有关功能代替码的设置将在第 章
说明。
当主机向从句发送信息时功能代码向从机说明应执行的动作。如读一组离散式线圈或输入信号的 3)'' 状态读一
组寄存器的数据读从机的诊断状态写线圈〔或寄存器允许下截、记录、确认从机内的程序等。当从机响应主机时功能代
码可说明从机正常响应或出现错误即不正常响应正常响应时从句简单返回原始功能代码;不正常响应时从机返回与
原始代码相等效的一个码并把最高有效位设定为##。
如主机要求从机读一组保持寄存器时则发送信息的功能码为:
十六进制
若从机正确接收请求的动作信息后则返回相同的代码值作为正常响应。发现错时则返回一个不正常响信息:
十六进制 $
从机对功能代码作为了修改此外还把一个特殊码放入响应信息的数据区中告诉主机出现的错误类型和不正常响应的
原因。主机设备的应用程序负责处理不正常响应典型处理过程是主机把对信息的测试和诊断送给从机并通知操作者。
数据区的内容
数据区有 个 % 进制的数据位数据范围为 ''% 进制根据网络串行传输的方式数据区可由一对 字符
组成或由一个 !"字符组成。
主机向从机设备发送的信息数据中包含了从机执行主机功能代码中规定的请求动作如离散量寄存器地址处理对象的
数目以及实际的数据字节数等。
举例说明若主机请求从机读一组寄存器〔功能代码 该数据规定了寄存器的起始地址以及寄存器的数量。又如主
机要在一从机中写一组寄存器〔则功能代码为 .。该数据区规定了要写入寄存区的起始地址寄存器的数量数据的字节
数以及要写入到寄存器的数据。
若无错误出现从机向主机的响应信息中包含了请求数据若有错误出现则数据中有一个不正常代码使主机能判断并作
出下一步的动作。
.
数据区的长度可为#零#以表示某类信息如主机要求从机响应它的通讯事件记录〔功能代码 .。此时从机不需要
其他附加的信息功能代码只规定了该动作。
信息帧错误校验
标准 总线有两类错误检查方法错误检查区的内容按使用的错误检查方法填写。
SDCII
使用 方式时错误校验码为 个 字符错误校验字符是 * 校验结果。校验时起始符为〔:冒号结束符为
*' 字符。
RTU
使用 !" 方式时错误校验码为一个 % 位的值 个 $ 位字节。错误校验值是对信息内容执行 校验结果。 校
验信息帧是最后的一个数据得到的校验码先送低位字节后送高位字节所以 码的高位字节是最后被传送的信息。
串行传送信息
在标准的 上传送的信息中每个字符或字节按由左向右的次序传送:
最低有效位:〔* 最高有效位:〔
数据帧位序:
图 5ASCII 位序
!" 数据帧位序-
图 6RTU 位序错误校验方法
标准的 串行通讯网络采用两种错误校验方法奇偶校验奇或偶可用于校验每一个字符信息帧校验*
或 适用整个信息的校验字符校验和信息帧校验均由主机设备产生并在传送前加到信息中去。从机设备在接收信息
过程中校验每个字符和整个信息。
主机可由用户设置的一个预定时间间隔确定是否放弃传送信息。该间隔应有足够的时间来满足从机的正常响应。若主
机检测到传输错误时则传输的信息无效。从机不再向主机返回响应信息。此时 主机会产生一个超时信息并允许主机程序
处理该错误信号。注意:主机向实际并未存在的从机发送信息时也会引起超时出错信号。
在 或 等其它网骆上使用时采用比 更高一级的数据帧校验方法。在这些网络中不再运用
中的 * 或 校验方法。当出现发送错误时网络中的通讯协议通知发送设备有错误出现并允许根据设置的
情况重试或放弃信息发送。若信息已发送但从机设备未作响应则主机通过程序检查后发出一个超时错误。
奇偶校验
用户可设置奇偶校验或无校验以此决定每个字符发送时的奇偶校验位的状态。何论是奇或偶校验它均会计算每个字
符数据中值为 ##的位数 方式为位数据;!" 方式为 $ 位数据。并根据## 的位数值奇数或偶数来设定
为##或##
如一个 !" 数据帧中 $ 位数据位为:
在该帧中值为##的总位数为 +即偶数。如采用奇校验方式时则 ##的总位数为奇数即 0。
发送信息时计算奇偶位并加到数据帧中接收设备统计位值为##的数量若与该设备要求的不一致时产生一个错误。在
总线上的所有设备必须采用相同的奇偶校验方式。
注意:奇偶校验只能检测到数据帧在传输过程中丢失奇数#位#时才产生的错误。如采用奇数校验方式时一个包含
个##位的数据丢失 个##位时其结果仍然是奇数。若无奇偶校验方式时传输中不作实际的校验应附加一个停止位。
5 / 50
无奇偶校验
带奇偶校验
无奇偶校验
带奇偶校验
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