基于Modbus协议的通讯集成技术研究.pdf

化工自动化及仪表,2010,37(4):67~72研究与应用ControlandInstrumentsinChemicalIndustry基于Modbus协议的通讯集成技术研究史运涛a,b,孙德辉a,b,李志军a,b,刘大千a,b,凡杰a,李晓硕a(北方工业大学a.北京市现场总线与自动化重点实验室;b.自动化系,北京100041)摘要:不同厂家生产的仪表与控制系统(异构系统)之间的通讯互联是一个难点问题,各种通讯集成技术是解决工业仪表控制系统之间互联问题的关键技术,选择异构系统共同支持的主流工业通讯协议标准进行集成是异构系统之间通讯集成的一个核心技术手段。本文重点研究利用Modbus协议实现工业仪表与控制系统之间通讯集成的主要步骤与方法,结合工程实例,给出利用Modbus协议实现异构系统通讯集成的完整解决方案。实际应用效果表明基于Modbus协议的异构系统通讯集成方案能够很好地解决工程中大量的第三方通讯问题。关键词:Modbus;通讯集成;串行通讯;集散控制系统中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:10003932(2010)040067061引言2Modbus通讯协议关键技术在现代控制工程中,仪表与控制系统之间的通讯Modbus协议是Modicon公司于1978年发明的标准差别很大,在工厂中,不同的工艺设备的仪表与一种用于电子控制器进行控制和通讯的通讯协议。控制系统采用不同厂家的PLC与DCS,要实现全厂的通过Modbus协议,控制器之间、控制器经由网络综合监视与控制具有很大的困难。各种异构系统的(例如以太网)和其它设备之间可以完成信息和数通讯集成技术是解决问题的关键技术。目前,解决通据的交换与传送,使各种不同公司和厂家的可编程讯集成的方法也有多种,硬件方面主要是采用能够实顺序控制器(PLC)、RTU、SCADA系统、DCS或与兼现不同协议转换的网关技术,如西门子、ABB、德国的容Modbus协议的第三方设备之间可以连成工业网赫优讯、瑞典的HMS,以及国内的研华等公司都开发络,构建各种复杂的监控系统,并利于系统的维护和出各种总线协议的网关设备[1];在软件方面也提出了扩展,这个通讯协议已广泛被国内外工控行业作为软总线OPC技术等解决方案。所有的这些通讯集成系统集成的一种通用工业标准协议[5]。技术都要追加硬软件投资,成本较高,选择不同异构Modbus协议在串行链路上的实现模型和ISO/系统共同支持的主流工业标准通讯协议进行集成是OSI参考模型对比如图1所示,Modbus协议的物理异构系统之间通讯集成的一个核心技术手段之层可以采用RS232、RS485接口、RS422,以及以太网一[1,2],Modbus协议开放彻底,被广泛支持,只要掌握的物理层,数据链路层主要采用了Modbus串行主从关键的通讯集成编程技术,利用自由口编程方法实现协议,由于Modbus现场总线的实时性特点,所以Modbus应用层通讯协议,可以极低成本实现通讯集Modbus通讯协议模型中的网络层、传输层、会话层、成[3,4]。本文主要研究利用主流工业通讯协议Modb表示层均没有定义(现场总线协议的共性特点),在us实现通讯集成的主要步骤与方法,并结合实际的工应用层中规定了Modbus应用层的协议模型包括消程应用问题给出了完整的编程解决方案。息帧格式,功能码、校验、通讯时序控制等内容[6]。图1Modbus协议与OSI/ISO通讯模型图Modbus协议下的数据通信采用Master/Slave收稿日期:20091229(修改稿)(主/从)方式,即Master端发出数据请求消息,Slave基金项目:国家自然科学基金资助项目(60874052);北京市端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端中青年骨干人才项目(PHR201008190)∀68∀化工自动化及仪表第37卷以响应请求;Master端也可以直接发消息修改Slave国信息交换码)模式和RTU(远程终端设备)模式。端的数据,实现双向读写。Modbus协议建立了主设ASCII模式下和RTU模式下的消息帧如表1所示。备查询的格式:设备(或广播)地址、功能代码、所有要发送的数据、错误检测域。从设备回应消息也由Modbus协议构成,包括确认要行动的域、任何要返回的数据和错误检测域。如果在消息接收过程中发生错误或从设备不能执行其命令,从设备将建立错误消息并把它作为回应发送出去。Modbus查询-回应周期表如图2所示。Modbus的两种通讯协议ASCII方式和RTU方式。Modbus的数据传输可分为两种模式:ASCII(美图2Modbus查询-回应周期原理示意图表1A