MODBUS现场总线在工程中的应用实例

MODBUS现场总线在工程中的应用实例中图分类号：tp23文献标识符：a

摘要：本文简要介绍了现场总线的概念，详细说明了modbus 总线协议的基本原理、通讯过程，并通过一个工程实例及其工业应用特点。

关键词：现场总线；modbus通信协议；智能仪表；组态

abstract: this paper briefly introduces the concept of fieldbus, it explains the basic principle of modbus bus agreement, communication process, and through a project example and its industrial application characteristics.

keywords: fieldbus; modbus communication protocol; intelligent instrument; configuration

中图分类号：k826.16文献标识码：a 文章编号：

1现场总线概念

现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现，标志着工业控制领域又一个新时代的开始，并将对该领域的发展产生重要影响。

现场总线是应用在生产现场、在微型计算机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。它在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中在过去的10年内，出现了许多的总线产品，较流行的有：modbus现场总线，德国bosch公司设计的can网络

（controller area network）,美国echelon公司设计的lon works 网络（local operation network），按德国标准生产的

profibus(profess field bus)总线，rosemount公司设计的hart （highway addressable remote transducer）总线，罗克韦尔自动化公司的device net 和control net等。它们在一定的程度上获得了应用并取得了效益，对现场总线技术的发展和促进发挥了重要的作用，但大都未能统一成为国际标准，因而其应用必然受到产品技术程度不足的限制。但是，modbus总线协议因其简单易用却获得广大范围的推广普及，几乎所有的plc及仪表模块均支持具有广该协议。

1modbus通信协议

通信使用主—从技术，即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询）[1]。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。如图1。典型的主设备：主机和可编程仪表。典型的从设备：可编程控制器。主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信，从设备返回一消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。modbus协议建立了主设备查询的格式：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。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、和一错误检测域。

modbus 通信协议具有两种报文格式[2]：ascⅱ和 rtu（remote terminal unit）报文帧格式。使用ascii报文格式，消息以冒号

“：”字符（ascii码 3ah）开始，以回车换行符结束（ascii码

0dh,0ah）。其它域可以使用的传输字符是十六进制的0…9,a...f。网络上的设备不断侦测“：”字符，当有一个冒号接收到时，每个设备都解码下个域（地址域）来判断是否发给自己的。消息中字符间发送的时间间隔最长不能超过1秒，否则接收的设备将认为传输错误。如表1。

使用rtu模式，消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始。在网络波特率下多样的字符时间，这是最容易实现的。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。而采用rtu格式的报文则以传递一段闲时间开始，这段时间不短于3.5 倍的字符发送时间t，一般取4t，并以同样4t的标志来表示报文的结束。本系统采用rtu格式。如表2 。

2应用实例

2.1 应用系统结构

该系统为一锅炉控制系统，主要由上位机（工控机）作主站，并通过总线连接下面5个从站，从站为带modbus协议接口的智能仪表采集模块和阀门手操器[3]，不同型号模块可接不同类型的传感，1号站为热电偶模块，可采集8路k型，s型，t型热电偶信号，

2号站为标准模块，可采集16路4~20ma标准信号，3号站为热电阻模块，可采集8路pt100，cu50热电阻信号。4号、5号站为手操器，主要功能为驱动电动阀门，并可设定阀门开度，采集实时阀位信号。上位机组态软件为国产三维力控forcecontrol5.0，通过rs-232接口接收5个子站传来的数据，并以曲线或数据表形式显示和存储，报警，以及执行打印功能。系统架构如图2。

2.2 系统设备组态

进入组态软件i/o设备组态界面，选择标准modbus-rtu串口通讯，依次建立5个子站在软件中的映像设备，地址由01~05，为每个设备配置相同的通讯参数。使用串口 (rs232/rs485)通讯，com1端口设置与各子站的端口参数设置必须完全相同，即通讯波特率为9600，数据位为8位，奇偶校验为无，停止位是1。

2.3 工程应用效果

该系统经过几个月的运行，中间仅有一次传输不稳故障，经检查原因是接线端子松动，充分显示出稳定可靠的特性，与其他系统相比具有很高的性价比，用户十分满意。

3 结语

modbus协议使用简单，通讯软件接口可根据不同仪表通讯要求灵活编程，而且有传输距离较远，传输可靠的特点，本文的应用实例充分证明了这一点，我们有理由相信modbus总线协议必将获得更加广泛的应用。

参考文献