基于Modbus通信协议的电力参数采集显示系统.doc

电子测量与仪器学报2006年增刊

基于Modbus通信协议的电力参数采集显示系统
郭永伟崔金钟
（电子科技大学，成都610054）
摘要:Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。本文介绍了Modbus通信协议的技术特点，详细阐述了基于ModbusRTU规约的电力参数采集显示系统的软硬件组成和实现。实践证明，此系统具有运行可靠、成本低、扩展性好的优点。
关键字:Modbus通信协议数据采集监控系统CRC校验
AnElectricParameterAcquisitionandMonitoringSystemBasedonModbusProtocol
GuoYongweiCuiJinzhong
（UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu610054,China）
Abstract:Modbusprotocolisacommonlanguageappliedtotheelectroniccontroller.ThispaperintroducestechnicalfeaturesofModbuscommunicationprotocol.Itinterpretshardwarecomposing&softwaredevelopingofelectricparameteracquisitionandmonitoringsystembasedonmodbusRTUprotocol.Practicehasprovedthatthissystemisreliable,low-costandhigh-expansionary.
Keywords:Modbusprotocol;Dataacquisition;Monitoringsystem;CRCcalibration
1引言
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、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。
2Modbus通信协议
2.1概述
Modbus通信协议是工业控制网络中用于对自控设备进行访问控制的主从式通信协议，由Modicon公司开发，在工业控制中得到广泛应用。
协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程，如果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。
它有以下特点：物理接口符合EIA－485规范；组成主从访问的单主控制网络；通过简单的通信报文完成对从节点的读写操作；通信速率可达19.2kbps；在主节点轮询即逐一单独访问从节点时，要求从节点返回一个应答信息；主节点也可以对网段上所有的从节点进行广播通信。
控制器通信使用主-从技术，即仅一台设备（主设备）能初始化传输（查询）。其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相应反应。
2.2传输方式
控制器能设置为两种传输模式（ASCII或RTU）中的任何一种在标准的Modbus网络通信。用户选择想要的模式，包括串口通信参数（波特率、校验方式等），在配置每个控制器的时候，同一个Modbus网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。
ASCII（美国标准信息交换代码）模式：在消息中的每个8Bit字节都作为两个ASCII字符发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误。
RTU（远程终端单元）模式：在消息中的每个8Bit字节包含两个4Bit的十六进制字符。这种方式的主要优点是：在同样的波特率下，可比ASCII方式传送更多的数据。
2.3Modbus消息帧
本电流采集显示系统使用的是RTU传输模式，故重点介绍RTU消息帧。
一个采用RTU格式的Modbus通信协议的消息帧格式如表1所示。消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始。传输的第一个域是设备地址。可以使用的传输字符是十六进制的0...9,A...F。网络设备不断侦测网络总线，包括停顿间隔时间内。当第一个域（地址域）接收到，每个设备都进行解码以判断是否发往自己的。在最后一个传输字符之后，一个至少3.5个字符时间的停顿标定了消息的结束。一个新的消息可在此停顿后开始。
表1Modbus通信协议的RTU消息帧格式
起始位设备地址功能代码数据域CRC校验结束符T1-T2-T3-T48Bit8Bitn个8Bit16BitT1-T2-T3-T42.4错误检测方法
标准的Modbus串行网络采用两种错误检测方法。奇偶校验对每个字符都可用，帧检测（LRC或CRC）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