摘 要：ModBUS協(xié)議具有偵錯能力強、數據傳輸量大、實時性好等特點，因而成為目前自控領域使用非常廣泛的通訊語言。本文通過一個應用實例介紹如何利用微機編程實現在線通訊ModBUS消息環(huán)的工作過程，在可視化語言環(huán)境下完成地址域、功能代碼域、數據域的分配及CRC校驗，從而實現計算機與遠程控制單元數據傳輸。 關鍵詞：ModBUS協(xié)議、查詢、回應、RTU模式、CRC校驗 引言 在燃氣蓄熱式窯爐控制系統(tǒng)中，不僅需要將溫度、壓力、流量等模擬參數進行采集、計算控制輸出至執(zhí)行器，同時還應將火焰狀態(tài)、電磁閥狀態(tài)、換相閥狀態(tài)進行采集，隨時控制點火器點火，并進行周期性換相，換相周期會根據溫度的不同而變化。面對眾多參量的采集控制，需要建立時變系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式進行復雜的多相關變量的運算，得到穩(wěn)定輸出以控制相關變量。事實上，取得大量數據，建立相應數據庫，進行數據分析，單靠低端的數字控制設備難以完成。通常的做法是信號的數據采集、濾波、簡單PID運算、輸出量、及輸出量的互鎖由低端控制器完成。為了完成上述功能，我們采用ABB公司生產的PLC，配置如下： 名稱 數量 描述 07KT51 1塊 50CPU，8DI，6DO XM06B5 2塊 Extension I/O,4AI,2AO XK08F1 1塊 Extension I/O,4DI,6DO PLC軟件采用AC31 SOFTWARE，上位機程序用VB編制，實現與上位工控機通訊的過程中需要使用MODBUS協(xié)議。本文重點介紹其通訊實現的過程。 一、 MODBUS簡介 MODBUS協(xié)議是應用于電子控制器的一種通訊語言。利用這個協(xié)議，控制器相互之間（例如485、232C等），控制器通過網絡（例如以太網）和其他設備之間進行通訊。它定義了一種控制器能認識使用的消息結構，而不管它們是通過何種網絡實現；描述的是控制器請求訪問其它設備的過程，如何回應來自其它設備的請求，以及怎樣偵錯并記錄；制定了消息域格局和內容的公共格式。 MODBUS通訊實現有兩種傳輸模式（ASCII或RTU），ABB公司的50系列PLC產品采用的是RTU（遠程終端單元）模式，在消息中的每個8Bit字節(jié)包含兩個4Bit的十六進制字符。這種方式的主要優(yōu)點是：在同樣的波特率下，可比ASCII方式傳送更多的數據。 1、代碼系統(tǒng)： · 8位二進制，十六進制數0...9，A...F · 消息中的每個8位域都是一個兩個十六進制字符組成每個字節(jié)的位 · 1個起始位 · 8個數據位，最小的有效位先發(fā)送 · 1個奇偶校驗位，無校驗則無 · 1個停止位（有校驗時），2個Bit（無校驗時） · 錯誤檢測域 CRC（循環(huán)冗長檢測） 2、基于RS485的RTU模式MODBUS通訊格式為： 它定義了在這些網絡上連續(xù)傳輸的消息段的每一位，以及決定怎樣將信息打包成消息域和如何解碼。 3、其查詢回應周見下圖： （1）查詢 查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設備要執(zhí)行何種功能。數據段包含了從設備要執(zhí)行功能的任何附加信息。例如功能代碼03是要求從設備讀保持寄存器并返回它們的內容。數據段必須包含要告之從設備的信息：從何寄存器開始讀及要讀的寄存器數量。錯誤檢測域為從設備提供了一種驗證消息內容是否正確的方法。 （2）回應 如果從設備產生一正常的回應，在回應消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能代碼的回應。數據段包括了從設備收集的數據：象寄存器值或狀態(tài)。如果有錯誤發(fā)生，功能代碼將被修改以用于指出回應消息是錯誤的，同時數據段包含了描述此錯誤信息的代碼。錯誤檢測域允許主設備確認消息內容是否可用。 二、通訊的實現： 1、PLC端設置： 07KT51在出廠時擁有默認設置：該中心單元為從設備，波特率為19200，1位停止位，8位數據位，無校驗位。有關數據采集的端口、傳輸變量的物理地址的計算，功能代碼的涵義，校驗等等，在AC31說明書上已有了詳盡的介紹，在此不復贅述。事實上，由于AC31對MODBUS的封裝，使我們的通訊工作變的異常簡單，有了通訊參數，調用通訊功能模塊，無須進行通訊過程的代碼描述。下面是一個取地址的例子： 定義一個輸出量O 62.15和內存變量M 232.01的地址為: O 62.15=4096+（16＊62）+15=5103 M 232.01=8192+（16＊232）+1=11905 當然,根據AC31提供的地址表進行推算,使過程顯得更容易。 2、 工控機的設置： （1）、進行端口的配置。端口采用MOXA公司生產的Transio 53智能型RS232與RS422/485雙向轉換器，充分利用其傳輸速率: 50 bps～ 921.6 Kps帶寬，內建終端電阻的特性，保證長達1000米的通訊不受干擾。特別是當 2 個信號在 RS-422/485 端短接在一起時，具有電流過載保護功能；浪涌保護:（25 KV ESD ），光電隔離（2 KV）等特性，為系統(tǒng)長期可靠運行提供了硬件保障。軟件利用VB 實現，在VB中通過Timer控件定時引用Mscomm控件實現串口通訊，利用窗體加載事件對其初始化： Private Sub From_Load（ ） Timer1.Enabled=True Timer1.Interval=500 ‘定時傳輸間隔為500毫秒 Mscomm1.Commport=1 ‘通訊串口選擇Com1 Mscomm1.Settings=”19200,n,8,1” ‘通訊參數設置 Mscomm1.OutBufferSize=0 ‘清除緩沖區(qū) Mscomm1.InputMod=1 ‘采用二進制通訊 End Sub （2）、Modbus的CRC校驗： 使用RTU模式，消息包括了一基于CRC方法的錯誤檢測域。 CRC域是兩個字節(jié)，包含一16位的二進制值，它由傳輸設備計算后加入到消息中。接收設備重新計算收到消息的CRC，并與接收到的CRC域中的值比較，如果兩值不同，則有誤。 CRC校驗運算需要對位操作，根據Modbus的相關介紹用VC++做一個動態(tài)連接庫函數checkCRC。 CRC簡單函數如下： unsigned short CRC16（puchMsg, usDataLen） unsigned char ＊puchMsg ; /＊ 要進行CRC校驗的消息 ＊/ unsigned short usDataLen ; /＊ 消息中字節(jié)數 ＊/ ｛ unsigned char uchCRCHi = 0xFF ; /＊ 高CRC字節(jié)初始化 ＊/ unsigned char uchCRCLo = 0xFF ; /＊ 低CRC 字節(jié)初始化 ＊/ unsigned uIndex ; /＊ CRC循環(huán)中的索引 ＊/ while （usDataLen——） /＊ 傳輸消息緩沖區(qū) ＊/ ｛ uIndex = uchCRCHi ︿ ＊puchMsg++ ; /＊ 計算CRC ＊/ uchCRCHi = uchCRCLo ︿ auchCRCHi[uIndex｝ ; uchCRCLo = auchCRCLo[uIndex] ; ｝ return （uchCRCHi << 8 | uchCRCLo） ; ｝ /＊ CRC 高位字節(jié)值表 ＊/ static unsigned char auchCRCHi[] = ｛ 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40 ｝ ; /＊ CRC低位字節(jié)值表＊/ static char auchCRCLo[] = ｛ 0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06, 0x07, 0xC7, 0x05, 0xC5, 0xC4, 0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD, 0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E, 0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09, 0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9, 0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A, 0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD, 0x1D, 0x1C, 0xDC, 0x14, 0xD4, 0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3, 0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3, 0xF2, 0x32, 0x36, 0xF6, 0xF7, 0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4, 0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D, 0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A, 0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38, 0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29, 0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE, 0x2E, 0x2F, 0xEF, 0x2D, 0xED, 0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26, 0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60, 0x61, 0xA1, 0x63, 0xA3, 0xA2, 0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67, 0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4, 0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F, 0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB, 0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68, 0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB, 0x7B, 0x7A, 0xBA, 0xBE, 0x7E, 0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5, 0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71, 0x70, 0xB0, 0x50, 0x90, 0x91, 0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92, 0x96, 0x56, 0x57, 0x97, 0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C, 0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E, 0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B, 0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88, 0x48, 0x49, 0x89, 0x4B, 0x8B, 0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C, 0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42, 0x43, 0x83, 0x41, 0x81, 0x80, 0x40 ｝ ;　 （3）、Modbus消息幀： 傳輸設備將Modbus消息轉為有起點和終點的幀，這就允許接收的設備在消息起始處開始工作，讀地址分配信息，判斷哪一個變量被選中，判知何時信息已完成。部分消息也能偵測到錯誤并且能設置為返回結果。使用RTU模式，消息發(fā)送至少要以3.5個字符時間的停頓間隔開始。傳輸的第一個域是變量地址?？梢允褂玫膫鬏斪址鞘M制的0...9,A...F。網絡設備不斷偵測網絡總線，包括停頓間隔時間內。當第一個域（地址域）接收到，每個設備都進行解碼以判斷是否發(fā)往自己的。在最后一個傳輸字符之后，一個至少3.5個字符時間的停頓標定了消息的結束。一個新的消息可在此停頓后開始。 整個消息幀必須作為一連續(xù)的流轉輸。如果在幀完成之前有超過1.5個字符時間的停頓時間，接收設備將刷新不完整的消息并假定下一字節(jié)是一個新消息的地址域。同樣地，如果一個新消息在小于3.5個字符時間內接著前個消息開始，接收的設備將認為它是前一消息的延續(xù)。這將導致一個錯誤，因為在最后的CRC域的值不可能是正確的。所以在通訊端口初始化時，Timer1定時間隔設置為500ms（根據PLC傳輸字的延遲時間決定）。 （4）、代碼實現過程： 在公共模塊做下面函數聲明： Declare Function W_checkCRC Lib "checkCRC.dll" （ByVal data0 As String,_ & ByVal data1 As Integer ） As String 以下是設置/讀取開關量狀態(tài)： Private Sub Timer1_Timer（） Dim inbyte（） As Byte, outbyte（） As Byte Dim ReturnB As Boolean If ReturnB Then ReturnB = False If MSComm1.InBufferCount > 0 Then inbyte = MSComm1.Input n = UBound（inbyte） If n >= 1 and inbyte（3）>”03” Then ‘判斷是否有有數據讀取及功能代碼是否含有錯誤 If inbyte（5） and 1 then ‘開關量位處理 If inbyte（5） and 2 then ‘開關量位處理 If inbyte（5） and 4 then ‘開關量位處理 …… End If End If Else ‘發(fā)送主設備查詢消息 ReDim outbyte（6） outbyte（0） = addr1 ‘設備地址 outbyte（1） = option ‘功能代碼 outbyte（2） = 1 ‘數據量 outbyte（3） = data1 ‘數據 ‘以下是校驗碼 outbyte（4） = left（W_checkCRC（add1 & add2 & option & “1” _ & & data1,2） outbyte（5） = Mid（W_checkCRC（add1 & add2 & option & “1” _& & data1,3,2） MSComm1.InBufferCount = 0 MSComm1.Output = outbyte End If End Sub 三、結束語 ModBus協(xié)議在工業(yè)控制系統(tǒng)中已經應用十分廣泛，但在多數系統(tǒng)中使用的是由專業(yè)供應商提供的組態(tài)軟件，有時候使用組態(tài)軟件提供的數據格式并不能達到要求，直接使用ModBus協(xié)議進行數據通訊是十分有用的。 參考書目： 1、AC31 SOFTWARE www.abb.com/lowvoltage 2、《VB開發(fā)人員指南》 Eric Brierley 1999-01 機械工業(yè)出版社