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一、基础知识： 1、什么是Modbus Modbus是由Modicon（现为施耐德电气公司的一个品牌）在1979年发明的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。 Modbus通讯协议常见于第三方设备的通讯，如DCS读取PLC的数据、智能仪表（流量计、分析仪等设备）的数据，需要用到Modbus协议，通常分为3类，Modbus RTU 和Modbus TCP/IP、Modbus ASCII； 2、主--从结构： 主设备查询 查询消息中的功能代码告之被选中的从设备要执行何种功能。数据段包含了从设备要执行功能的任何附加信息。例如功能代码03是要求从设备读保持寄存器并返回它们的内容。数据段必须包含要告之从设备的信息：从何寄存器开始读及要读的寄存器数量。错误检测域为从设备提供了一种验证消息内容是否正确的方法。 从设备回应 如果从设备产生正常的回应，在回应消息中的功能代码是在查询消息中的功能代码的回应。数据段包括了从设备收集的数据：像寄存器值或状态。如果有错误发生，功能代码将被修改以用于指出回应消息是错误的，同时数据段包含了描述此错误信息的代码。错误检测域允许主设备确认消息内容是否可用。 每个MODBUS帧都包括地址域 功能域 数据域 错误检测域 3、Modbus的三种通信协议： Modbus协议分为三种通信方式：Modbus RTU、Modbus ASCII以及Modbus TCP。 首先，Modbus TCP的通信格式和Modbus RTU非常相似，唯一的差别只是Modbus RTU最后带两个字节的CRC校验，而Modbus TCP没有。 其次，Modbus ASCII的通信格式与Modbus RTU其实“神合貌离”，就是把Modbus RTU的每一个字节（例如：27H）高四位（2）和低四位（7）拆分为两个字节，并以ASCII码的方式表现出来（32 37），再给命令帧分别加上起始符和结束符便可以，当然Modbus RTU和Modbus ASCII的校验的方式不同，这里暂不详述，所以同一条命令用Modbus RTU方式和Modbus ASCII方式表现出来，虽然在命令长度的上有很大的区别，但其实际表达的意思却是一样。 4、RTU方式： 帧定界:MODBUS RTU方式下，每两个字符之间发送或者接收的时间间隔不能超过1.5倍 字符传输时间。如果两个字符时间间隔超过了3.5倍的字符传输时间，规约就认为一帧数据已经接收，新的一帧数据传输开始。 备注：NPort与MGate产品的区别就在于，MGate在每帧报文的之后，增加了3.5倍的字符传输时间，而NPort则没有。 5、ASCII方式： 帧定界： “：”帧起始 “CR LF” 帧结束 ASCII方式用两个ASCII字符表示一个8位数据，比如16进制的3A用字符“3”和字符“A”表示。 6、Modbus TCP Modbus TCP数据帧包含报文头、功能代码和数据3个部分： MBAP报文头（MBAP：Modbus Application Protocol，Modbus应用协议）分4个域，共7个字节： 自注：这里的客户端、服务器端是指TCP的Client、Server端。 二、MGate说明： 1、通信模式 1）MGate配置文件中： Modbus采用主从结构，只有两种模式：Master和Slave RTU/ASCII Slave：PC作为Master主，装置作为Slave从； RTU/ASCII Master：PC作为Slave从，装置作为Master主； RTU与ASCII的区别： a）校验： RTU：CRC（循环冗长校验）； ASCII：LRC（纵向冗长校验）； 校验码用于检查信息的完整性； b）消息格式不同： RTU：消息中每个字节（8Bit）包含2个4Bit的十六进制字符，优点：同样波特率下，比ASCII传送更多的数据； ASCII：消息中每个字节（8Bit）都作为一个ASCII码（2个十六进制字符）发生，优点：字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误； 2）说明手册中： 两种通信模式： A）以太网Master串口Slave： Modbus TCP可支持同时16个连接，串口支持RS-232和RS-422/485，其中RS-232和RS-422仅能连一个设备，RS-485可连接31个设备； B）串口Master以太网Slave： 可支持32个Modbus TCP slave设备； 三、实测： 1、结构： 笔记本电脑网口→MB3480-笔记本→UPort 1150； 2、UPort 1150设置： 默认为RS-232方式，注意设置为RS-485（也可为RS-232），方法： “控制面板”→“设备管理器”→ 3、MB3480的设置： 1）主从模式的设定：以PC端作为Master、装置作为Slave为例； 2）设置串口状态： 3）ID映射： 说明： a）Modbus TCP通信标准端口号为502，所有的端口号都是502，串口通过ID好识别； b）ID表中设置情况： 1~5：Port1； 6~10：Port2； c）从站偏移量：可不设，以下为例子，假定偏移量为3； 4、使用的软件： 前提说明： 两套软件： 软件一：自己在网上找的Modbus Poll和Modbus Slave，注意： Modbus Poll：只作为Master（主端）（TCP Master和RTU Master都用它）； Modbus Slave：只作为Slave（从端）（TCP Slave和RTU Slave都用它）； 软件二：使用的ModScan32和ModSim32，注意： ModScan32：只作为Master（主端）（TCP Master和RTU Master都用它）； ModSim32：只作为Slave（从端）（TCP Slave和RTU Slave都用它）； 软件一： Modbus Poll（用于TCP Master） Modbus Slave（用于串口的Slave） 1）打开Modbus Slave： 选择“Connectiong” 注意：UPort 1150映射为主机的COM2口，使用这里选择Port2； ID号：1；功能码：3 2）打开Modbus Poll： 选择“Connection”，端口号为502； ID号：1；功能码：3； 3）注意事项： a）Modbus Poll和Modbus Slave设置的ID号、功能码必须一致； b）通信成功的判断： 可从Modbus Poll软件本身、MGate Manager的“监控”来观察； 注意：Mdobus Slave软件无法判断连接是否成功； 通信成功的界面： Modbus Poll：Tx值不断增加，Err值为0（Err指响应的返回值）； MGate Manager→“监控”： 通信不成功的界面： 比如：将Modbus Slave的连接断开，则Modbus Poll会报错： 正确的连接，则Err=0； MGate Manager→“监控”： 图中：TCP Req、RTU Req（通过MB3480转发到RTU串口的），没有Resp。 c）其他功能键的使用： Modbus Poll： Read/Write Definition：可设置ID号、功能码、地址； Reset Counters：充值计数器； 其中：地址可自定义，但是Modbus Poll和Modbus Slave的地址设置都要一致； Modbus Slave： Slave Definition：可设置ID号、功能码、地址； 软件二： ModScan32：用于TCP Master； ModSim32：用于RTU Slave； 1）打开ModSim32软件：网上有下载，或留下联系邮箱，看都后发给各位； 打开“ModSim32.exe”即可； “File”→“New”： “Connection”→“Port2”→UPort 1150在笔记本上映射的端口号为COM； 2）打开ModScan32软件： 直接打开目录，点击“ModScan32.exe”即可； “Connection”→“Remote TCP/IP Server”： 3）注意事项： a）ModScan32和ModSim32的Address（地址）、Device Id（ID号）、MODBUS Point Type（功能码，为3）设置必须一致，其中： ID号：Port1为1~5； 功能码：为3； Address：可自己设定，只要ModScan32和ModSim32的一致就可以了； b） 连接不成功的界面： 比如：将Address一个设置为“0001”，另一个设置为“0100”，则会连接不成功，如下界面： 而ModSim32则不会有报错信息； 错误一：出现“**MODBUS Message TIME-OUT**”，如果正确的连接，则没有这行报错； 错误二：Number of Polls的值一直在增加，而Valid Slave Responses的值不变，这说明TCP Master一直发送请求，却一直没有得到回应； 当正确连接后，点击“Reset Ctrs”后，这个计数值就会清零，重新累计，出现的数据应该是Number of Polls与Valid Slave Responses一致； c）当修改设置后，参数会自动执行，不要重启软件或按键； d）如果所有设置都正确，但是连接却还是报错，这种情况下，只要将ModScan32和ModSim32软件重新开启就可以了，因为这个软件是没有经过注册的； 5、监控和数据报文： 1）一个完整的轮询过程： TCP Req（TCP请求）→转为RTU Req（RTU请求）→RTU Resp（RTU回应）→TCP Resp（TCP回应）； 2）报文内容： MBAP报头格式： MBAP包含7个字节： 01 00：处理标识ID，取决于设备的类型，取值一般为0000到FFFF； 00 00：协议ID，0=Modbus协议； 00 06：后面跟随的字节个数（包含从设备ID号），此例：后面跟随了6个字节； 01：从设备的ID号； MBAP： 00 0D：13---后面跟随13个字节； 6、较深入的报文内容： 1）Modbus Poll向多个寄存器发送数据的报文分析： a）Modbus Poll中的设置： 双击红框部分，界面： Value中填入要发送的数据，注意：这是十进制，对于“监控”中是十六进制； Slave ID：Port所接从设备的ID； Address：这是寄存器地址，第1个是0，第2个是1……； b）多寄存器报文分析： 监控中看到的数据： 分析： 第一组： i）TCP Req：TCP发送请求； 时间 数据 0.000 03 36 00 00 00 06 01 03 00 00 00 0A MBAP解析： 03 36：处理标识ID； 00 00：协议ID，0=Mdobus； 00 06：后面跟随的字节个数； 01：从设备ID； ii）RTU Req：通过MB3480转换到串口的请求； 时间 数据 0.000 01 03 00 00 00 0A C5 CD 01 03是从设备的站号和设备ID； 00 00是Modbus起始地址； 00 0A是Modbus寄存器个数 ； C5 CD是CRC校验码； 注意：i）与ii）的起始地址、寄存器个数是一样的；ii）在i）的基础上，去掉了MBAP报头，并且增加了CRC校验码； iii）RTU Resp：从串口RTU回应的数据； 时间 数据 0.090 01 03 14 00 0F 00 10 00 11 00 12 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 一共10个寄存器： 00 0F：表示15； 00 10：表示16； 00 11：表示17； 00 12：表示18； 其余寄存器为00，没有发送数据； 注意：第i）、ii）是请求，没有具体数据，只有寄存器起始地址和寄存器个数； 第iii）、iv）开始回应数据； iv）TCP Resp：通过MB3480转到TCP的回应数据； 时间 数据 0.090 03 36 00 00 00 17 01 03 14 00 0F 00 10 00 11 00 12 00 00 00 注意：第iv）的MBAP报头与i）的报头是一样的； 第二组： 与第一组一样，需要注意的： MBAP报头不同；起始地址、寄存器个数，甚至校验码都是一样的； 2）ModScan32向多个寄存器发送数据的报文： 4001：<00000> 第一个寄存器，发送的数据是0； 4001：<00000> 第二个寄存器，发送的数据是0； …… 点击<00000>，出现界面： 4001寄存器的地址是：1； 4002寄存器的地址是：2； Value：要发送的数据； 3）使用Modbos Poll和Modbus Slave模拟RTU Master： a）通信结构： RUT串口 → MB3480（192.168.127.254）→ PC（192.168.127.108） b）MGate Manager： 操作模式：设置为“RTU主站模式”（RTU Master）； 串口状态设置： 从站ID映射的设置： 注意：当Port 1的操作模式设置为“RTU主站模式”时，从站ID映射列表中就没有了Port1的从站设备ID号，为什么？因为这时的Port1是作为Master（发起端），TCP端是作为响应端，这就是Modbus的主从结构。界面如下： 设置远程TCP从站IP：“新增”即可。 b）Modbus Poll： 注意：此时连接的是串口端，作为Master（主）； c）Modbus Slave： 注意：此时连接的是TCP端，作为Slave（从）； d）通信成功： 报文分析： 第一组： 0.000 RTU Req ---RTU主动发起请求； 0.000 TCP Req ---通过MB3480，转发Req请求； 0.010 TCP Resp ---TCP返回响应 ； 0.010 RTU Resp ---通过MB3480，转发RTU响应； 下篇文章我们将对报文的数据解析，感谢你的观看！ |
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