学文网摘要：工业控制已从单机控制走向集中监控、集散控制，如今已进入网络时代，工业控制器联网也为网络管理提供了方便。Modbus就是工业控制器的网络协议中的一种。最初为可编程控制器（PLC）和工业自动化系统而制定，现已被广泛应用，成为智能建筑中央管理平台比集成的接口之一。
关键词：Modbus协议族 传输过程 通信接口模块开发 集成工程应用
Modbus协议是一个公开的、被广泛应用的串行通信协议，最初由Modicon公司为其可编程控制器和工业自动化系统而制定的，使用于控制设备间传输数字和模拟的I/O及寄存器数据时使用。此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。它描述了一个控制器请求访问其它设备的过程，如何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。
当在一个Modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。在其它网络上，包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。
1.Modbus协议
1.1 Modbus协议族
Modbus协议中有ASCII、RTU、TCP等，其中前二者规定了消息、数据的结构、命令和应答的方式，数据通信采用Master/Slave（主从）方式，主端发出数据请求消息，从端接收到正确消息后就可以发送数据到主端以响应请求；主端也可以直接发送消息修改从端的数据，实现双向读写。此外，在校验上，ASCII模式采用LRC校验，RTU模式采用16位CRC校验。而TCP模式除了有奇偶校验外，没有额外规定校验，其原因就是TCP协议是一个面向连接的可靠协议。
1.2 Modbus网络上的数据传输
Modicon控制器上的标准Modbus端口是使用一个RS232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接入总线(网络)。控制器通讯使用主从技术而其它设备(从机)应返回对查询作出的响应，或处理查询所要求的动作。典型的主机设备应包括主处理器和编程器，典型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Modbus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Modbus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。
1.3 在其它总线上传输数据
除标准的Modbus功能外，有些Modicon控制器内置端口或总线适配器，在Modbus+总线上实现通讯或使用网络适配器，在MAP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Modbus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。
1.4 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03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。
1.5 Modbus协议帧结构
Modbus协议帧通常也被称作Modbus信息包裹，一个协议帧由从前到后有以下四个部分组成：地址域：发送信息的目的地址，即主站请求时的从站地址或从站响应时的主站地址。从站地址域长度为一个字节，其中包括信息包裹传送的从站地址。从站地址范围为“1”至“255”。 功能码域：信息包裹中功能域长度为一个字节，用以通知从站应当执行何种操作。数据域：域长度不定，依据其具体动能而定。校验域：两种不同模式下，计算而得的校验码。
2.通信接口模块开发
Modbus通信接口位于上位机和下位机之间，若要完成Modbus通信，则上位机和下位机必须安装有能够实现Modbus协议的硬件和软件。在系统集成工程中，如果出现通信双方任何一方不具备Modbus接口的情况，则必须进行底层驱动模块的开发。
一般下位机一侧会出现不匹配，因为下位机系统中包括数据的采集和模数转换处理等等，那么下位机系统结构包括：数据采集处理模块、中央处理模块、通信模块。
3.Modbus集成工程应用
在系统集成的工程中，Modbus设备与中央监控软件间的通信是其一部分，其系统结构配置包括根据工程要求选择系统结构体系，然后选择Modbus设备；对所有主站和从站进行设置地址是至关重要的一点，Modbus寄存器地址通过0、1、3、4四种类型的前导数字标明四种类型的寄存组，它与数据库定义软件组件中数据表有着对应关系，其对应关系是：0xxxxDigital Output；1xxxxDigital Input；3xxxxInput Register；4xxxxHolding Register。
中央软件平台中工程的组态和人机界面的开发分为三个步骤：用组态软件对硬件进行组态，并存入数据库；在软件中以***形画面的形式开发出友好的人机界面；在主站上执行人机界面，实现对设备的监控。
参考文献：
[1]华镕.从Modbus到透明就绪[M] 机械工业出版社 2007.9
[2]Modbus的使用说明详解[J/OL]
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