基于MODBUS+RTU的组态王与智能仪表通讯.pdf

垒 兰兰 翌竺 基于M O D B U SR T U 的组态王与智能仪表通讯 T h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nK i n g V i e w 6 5a n dI n t e l l i g e n ti n s t r u m e n t s b a s e do nM O D B U SR T U 汪韩韩1 杨辉2 张华3 朱淑云4 W A N GH a n h a n Y A N GH u i 2 Z H A N GH u a 3 Z H US h u y u n 4 1 南昌大学机器人研究所 南昌3 3 0 0 3 1 2 华东交通大学科研处 南昌3 3 0 0 1 3 3 南昌大学教务处 南昌 3 3 0 0 3 1 4 南昌大学科学技术学院 南昌3 3 0 0 3 1 摘要 本文设计了一种组态王 K l n g V i e w 6 5 与智能仪表的通信方法 给出了基于M O D B U SR T U 通 信协议的数据传输格式 并详细描述了组态王和智能仪表的通信参数设置 尤其对非固化通 信协议的S O M 型智能仪表做出了详细说明 并开发了组态王与智能仪表通信工程测试平台 经过对智能仪表R S 4 8 5 远距离传输状态下测试 效果良好 实验结果表明 该通信系统结构简 单 稳定可靠 实时性好 易于功能拓展和移植 可在工程实际应用中推广使用 关键词 M O D B U SR T U 组态王 智能仪表 中圈分类号 T N 9 4文献标识码 B文章编号 10 0 9 0 13 4 2 0 13 0 4 下 一0 0 0 8 0 3 D o i 1 0 3 9 6 9 l J I s s n 1 0 0 9 0 13 4 2 0 13 0 4 下 0 4 0 引言 M O D B U SR T U 协议是莫迪康公司发明的一 种广泛应用于自动化控制领域的工业通讯标准 协议规定 控制器之间通讯采用主从技术 即主 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川 该协议支持R S 一2 3 2 R S 一4 2 2 R S 一4 8 5 和E t h e r n e t 等多种接口类型的通 讯设备 而本文研究的是基于R S 4 8 5 接口 采用 M o D B U SI H U 通信协议 组态王作为主端 智能 仪表为从端 进行相互握手 互相数据交换 并且 利用K i n g V i e w 6 5 开发平台对通讯过程进行实时监 测和管理 从而完成整个通信系统的设计和实现 1M O D B U S R T U 数据传输 控制器以R T U 模式在M O D B U S 总线上通讯 时 具体信息格式定义如表1 所示 M A C D 设备地址 组态王对智能仪表从端 的访问地址 定义为0 1 如若是多机通讯 可以 依次叠加0 2 0 3 F u n c t i o n 功能代码 组态王对智能仪表从 端的命令操作 P t rA d d r 待查询数据起始地址 2 字节 首 字节为高地址 P t rN u m b 待查询数据数量 2 字节 从起始 地址开始 地址依次加一 C R C 循环冗余校验码 2 字节 从M A C I D 至 P t rn u m b 计算C R C 值 如计算值与实际值相同则传送 正确 若不相同证明错误 丢弃该帧 重新检测 T 1 T 2 一T 3 一T 4 静止时间 当发送或接收数据 时需延时 3 5 个字符 除主机查询模式下的数据格式外 还有主机 写数据 从机应答等数据格式 具体见M O D B U S 协议标准 这里不再重复叙述 2 组态王通讯设置 基本通讯参数配置为 波特率9 6 0 0 b p s 数据 位8 位 无奇偶校验 停止位l 位 通讯方式R S 4 8 5 总线传输模式 通讯超时时间1 0 0 0 m s 从站设备C O M 配置可按配置向导依次进行 选择驱动 莫迪康M O D B U SR T U C O M 定 义逻辑名称 智能仪表0 1 选择串行口 C O M l 选择设备地址 1 0 1 为设备地址 不 打包 尝试恢复时间与最长恢复时间 3 0 s 和 2 4 h 如需配置多台智能仪表 方法类似 2 1 配置完设备端口之后 则需要在数据词典定 义变量 如表2 所示 表1 数据传输格式 收1 日l 2 0 1 3 0 1 1 8 作者簧介 汪韩韩 1 9 8 9 一 男 在读硕士研究生 研究方向为运动控制与移动机器人技术 8 第3 5 卷第3 期2 0 1 3 0 4 下 万方数据 表2 数据词典用户变量 3 智能仪表通讯设置 智能仪表作为从机端 硬件配置为4 8 5 总线接 口 软件一般使用固化好的通信协议或自主开发 编程设计 这里给出示例 以S t c 8 9 c 5 2 为例 利用 串行中断进行M O D B U SR T U 通讯设计 其中T 2 计 数器用于产生9 6 0 0 b p s 波特率 2 2 M 晶振下 初始 值设置为T L 2 0 x C C T H 2 0 x C D 中断服务子程 序如图1 所示 图1 发送接收串行中断服务子程序 单片机应答程序是主程序M a i n 函数中的 详细流程图如图2 所示 为满足通讯需求 我们需 要分析串口接收的命令 对不同的功能指令做出 相应的答复 首先 对接收命令中数据依次进行校 验 包括地址码校验 功能码校验 C R C 校验 地 址范围校验等 若出错则给出相应的出错指令 其 次 根据功能码把与单片机相对应的地址 数据 等一一写入待发送数组中 具体发送格式依功能码 的不同而不同 详细参考 M O D B U S 中文协议手 册 最后 启动发送函数B e g i n S e n d 0 将发送数 据发送至发送接收缓存区例 应答流程图中只给出了1 3 5 1 6 四种功能 码指令 即足以满足实现本文对组态王中离散变 量和模拟变量读写操作要求 如需添加强制多个 线圈 预置单个寄存器等功能指令 可进行额外 拓展 见图中省略部分 4 组态王与智能仪表的通讯实现 为满足实时调试和监控相关的参数与状 态 开发相应的组态王通讯调试界面 如图3 所示 其中1 号参变量设定为 D 1 1 D 1 8 分别 用两组黄 绿 红 蓝的按键显示输入状态 1 0 1 0 1 1 0 0 当为1 时按键按下 当为0 时按键弹 起 D O l D 0 8 分别用两组黄 绿 红 蓝的 L E D 灯表示输出状态0 1 0 1 0 0 1 1 当为1 时灯亮 当为0 时灯灭 A 1 1 一A 1 8 分别显示输入寄存器 值11 2 2 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 7 7 8 8 8 8 A 0 1 一A 0 8 则分别表示预置寄存器值8 8 8 8 7 7 7 7 6 6 6 5 5 5 4 4 4 3 3 2 2 1 l 另外 2 号参变量设置 D 1 1 D 1 8 分 别读入0 0 111 0 0 0 D 0 1 D 0 8 分别写出1 1 0 0 0 111 A 1 1 A 1 8 分别读入6 2 1 6 5 6 7 6 7 6 3 5 6 4 6 1 9 8 6 6 6 A 0 1 A 0 8 分别写出6 6 1 9 8 6 4 6 3 5 6 7 6 7 6 5 6 2 1 6 6 其中 图上数据按钮一能够改变预置数值H 从通信结果来看 效果良好 能够实时稳定 地读和写数据 针对测试过程中遇到的问题 给 出了解决方案 主要有以下两点 1 寄存器数值 超出上限0 6 5 5 3 5 解决方案 设置智能仪表 中变量初始值和原始值 并将实际数据缩小至一 定倍数 然后在组态王中将相应的参变量扩大适 当的倍数即可 2 多机通讯测试时 部分监控参 数错乱变化且无规律 由于在组态王中设置的各 从机通讯参数中 采集频率 都是相同的 导致 采集数据时出现了数据冲突 因此 设置不同的 采集频率 能够很好地解决以上问题 5 结束语 在本文设计的组态王与智能仪表通信系统 中 采用标准的M O D B U SR T U 数据传输格式 详 细描述了通信参数配置 并给出了 组态王与单 片机通信工程 平台的调试方案与测试结果 实 验结果表明该方法简单有效 稳定可靠 第3 5 卷第3 期2 0 1 3 0 4 下 1 9 1 万方数据 参考文献 开始 7 强各地自F N e c e B u f 0 11 Y 上 m 码 地址范围 数 围和C R C 校验正确否 Y 人 功能码 N B u f 1 12 Y 异常分别送o l H 10 2 H 0 3 H 0 4 发送地址 功能码l O x S O H 异常码 R e c e B f 1 弧磊 f 1 三 Y Y 读线圈状态R e a d C o i l0 l 读寄存器状态l 强制单个线圈 将单 q 机对应地址中的值ll R e a d R e g i s t e r s 将单片机ll F 0 r c e S i n g l e C o i lo 送发送缓冲区l 对应地址中的值送发送缓冲区ll 单片机对应地址位的值 预置多个寄存器 P r e s e t M u l t i p l e R e g i s t e r s 写单片机对应地址位的值 设备地址 功能码 字节数 数据 C R C 值 设备地址 功能码 字节数 数据 C R C 值 设备地址 功能码 线 圈地址 数据 C R C 值 设各地址 功能码 起始地址 寄存器数量 C R C 值 已准备好 发送数据 B e g i n S e n d0 结束当前循环 返回到开始 图2 单片机应答流程图 0 一nm m 豳nu 8u 8簟i u0 誊u 楚 臻塑一一秘 憋 塑舅 勰 婵鲷 鞠 髓楚墼 髂 鲢 n u n U n 曩删 啊 口口口田田口田园 口田口团田口园口 啊啊嘲 瞳圈 隧囊豳 瞳 园团口团口口口口 口囡口田园口团口 麟麟赫粕螂麟 赫麟蟪蝴躺蛐麟 蟪勰糖 瞳 一 一 图3 组态王与2 台单片机通信工程测试平台 1 M O D B U SA p p l i c a t i o nP r o t o c o lS p e c i f i c a t i o nV 1 1 b k M O D B U S I D A 2 0 0 6 2 北京亚控科技发展有限公司 组态王6 5 使用手册 z 2 0 1 0 3 尤慧芳 M O D B U SR T U 单片机通信程序编写方法 J 工 业控制计算机 2 0 0 9 2 2 1 2 8 6 8 7 1 0 1 第3 5 卷第3 期2 0 1 3 0 4 下 4 胡雄峰 郑应霞 基于M O D B U S R T U 通讯协议的组态王 与T O P 9 5 0 0 通讯 J 工业控制计算机 2 0 1 0 2 3 3 9 1 0 5 刘杰 王慧 组态王与单片机多机串口通信的设计 J 电 子设计工程 2 0 0 9 1 7 7 7 11 6 吕国芳 唐海龙 李进 基于M o d b u sR T U 的串口调试软件 的实现 J 计算机技术与发展 2 0 0 9 1 9 9 2 3 6 2 4 1 万方数据 基于MODBUS RTU的组态王与智能仪表通讯基于MODBUS RTU的组态王与智能仪表通讯 作者 汪韩韩 杨辉 张华 朱淑云