横河DCSModbus通讯总结

1、modbus通讯总结通讯总结 姚朝安整理姚朝安整理 p 1 / 22 modbus 通讯总结通讯总结 1 modbus 概述、硬件连线：概述、硬件连线： a. modbus 特点：特点： modbus 的特点是将通讯参与者规定为“主机”(master)和“客户端” （slave） 。 （横河的 cs3000 系 统可以充当主站和从站，但作为从站时需要从横河定制特注软件包） “主机”的一方要首先向“客 户端”的一方发送通讯请求指令， “客户端”根据请求指令中指定的内容，向“主机”发回数据， 一个“主机”可以向多个“客户端”发送通讯请求，最多可由 255 个请求指令。每个“客户端”都 有自己的编号

2、，该编号称为“客户端”地址（slave address）或“客户端”识别码(slave id)。 modbus 协议中只对各种通讯字符串格式作了规定，但它并不对通讯参数做规定。所谓的通讯参 数是指通讯速度的波特率和通讯的奇偶校验等的指定。 控制器通信使用主从技术，即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询） 。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。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

3、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。 b. 查询、回应周期（数据发送、接收的过程）查询、回应周期（数据发送、接收的过程） （1）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。 （2）回应 modbus通讯总结通讯总结 姚朝安整理姚朝安整理 p 2 / 22 如果从设备产生一正常的回应，在回应消息中的功能代码

4、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：象寄存器值或状态。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。 c. modbus 通讯的两种传输模式：通讯的两种传输模式： 控制器能设置为两种传输模式（ascii 或 rtu）中的任何一种在标准的 modbus 网络通信。用户选择想 要的模式，包括串口通信参数（波特率、校验方式等），在配置每个控制器的时候，在一个 modbus 网络上 的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。 ascii 模式 ascii 模式 : 地址 功

5、能代码数据数量 数据 1.数据 n lrc 高字节lrc 低字节 回车 换行 rtu 模式 地址 功能代码 数据数量 数据 1 . 数据 n crc 高字节 crc 低字节 所选的 ascii 或 rtu 方式仅适用于标准的 modbus 网络， 它定义了在这些网络上连续传输的消息段的每 一位，以及决定怎样将信息打包成消息域和如何解码。 在其它网络上（象 map 和 modbus plus）modbus 消息被转成与串行传输无关的帧。 1、ascii 模式 当控制器设为在 modbus 网络上以 ascii（美国标准信息交换代码）模式通信，在消息中的每个 8bit 字节都作为两个 ascii

6、字符发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到 1 秒而不产生错误。 代码系统 十六进制，ascii 字符 0.9，a.f 消息中的每个 ascii 字符都是一个十六进制字符组成 每个字节的位 1 个起始位 7 个数据位，最小的有效位先发送 1 个奇偶校验位，无校验则无 1 个停止位（有校验时），2 个 bit（无校验时） 错误检测域 lrc(纵向冗长检测) 2、rtu 模式 当控制器设为在 modbus 网络上以 rtu（远程终端单元）模式通信，在消息中的每个 8bit 字节包含两 个 4bit 的十六进制字符。这种方式的主要优点是：在同样的波特率下，可比 ascii 方式传送更多的

7、数据。 modbus通讯总结通讯总结 姚朝安整理姚朝安整理 p 3 / 22 代码系统 8 位二进制，十六进制数 0.9，a.f 消息中的每个 8 位域都是一个两个十六进制字符组成每个字节的位 1 个起始位 8 个数据位，最小的有效位先发送 1 个奇偶校验位，无校验则无 1 个停止位（有校验时），2 个 bit（无校验时） 错误检测域 crc(循环冗长检测) 比较：比较： 项目 rtu 方式 ascii 方式 字节长度 8 bits（二进制） 7 bits（ascii 0-9 a-f） 奇偶校验 1 bit（奇或偶数时） 0 bit（奇偶不检验时） 1 bit（奇或偶数时） 0 bit（奇偶不

8、检验时） 字节终止 1 bit or 2bits 1 bit or 2bits 数据间隔 24bits 传递时间以内 1 秒以内 出错检验方式 循环冗余检验 逻辑冗余检验 d. modbus 安装与布线（针对横河设备） ：安装与布线（针对横河设备） ： a) 使用卡件：使用卡件： alr121： rs-422/rs-485 communication module alr121： rs-422/rs-485 communication module alr111： rs-232c communication module ale111： ethernet communication modul

9、e（用于modbus tcp/ip协议的通讯） alr121 卡件使用 rs422/rs485 接口端子含义： 端子号 名称 用途 1 tx+ 正向发送端子 2 tx- 逆向发送端子 3 rx+ 正向接收端子 4 rx- 逆向接收端子 5 sg 信号接地端子 6 fg 屏蔽接地端子 卡件状态指示灯含义： ? status：灯亮，表示硬件正常，自诊断结束；灯灭，表示硬件异常。 ? act ：判断模块是否处于“operating normal”模式，亮时表示处于“operating normal”模式，否则处于备用。 ? snd-1 ：灯亮表示正在发送数据，灯灭表示没有发送数据 ? rcv-1 ：

10、灯亮表示正在接收数据，灯灭表示没有接收数据。 modbus通讯总结通讯总结 姚朝安整理姚朝安整理 p 4 / 22 b) 使用线缆类型：使用线缆类型： modbus通讯总结通讯总结 姚朝安整理姚朝安整理 p 5 / 22 c) 线缆连接方式：线缆连接方式： 1) 当使用当使用 alr121 连接外部设备时，有连接外部设备时，有 1 对对 1 和和 1 对对 n（最大（最大 32 个设备）两种连接方式，配置 如下图： 个设备）两种连接方式，配置 如下图： 2) 4 种连接方式：种连接方式： a) 1 对对 1 两线制连接方式：两线制连接方式： modbus通讯总结通讯总结 姚朝安整理姚朝安整理

11、p 6 / 22 b) 1 对对 1 四线制连接方式：四线制连接方式： c) 1 对对 n 两线制连接方式：两线制连接方式： modbus通讯总结通讯总结 姚朝安整理姚朝安整理 p 7 / 22 d) 1 对对 n 四线制连接方式：四线制连接方式： 硬件设置注意事项： 1 modbusmodbus 和 modbus pus 在传输速率上不同，modbus 是串口速率，常用 9600 波特率。 modbus plusmodbus plus 通讯速率为 1m，modbus 和 modbus plus 协议完全相同，指的是报文格式。 modbus tcp/ipmodbus tcp/ip 是以太网协议

12、，就是 modbus 协议在以太网上的实现。有转换器可以实现之间的转换。 2 不论是四线制还是两线制的连接方式，r1（卡件上的终端电阻）都不能去掉，直接将线缆接至电阻连 接的端子即可。 modbus通讯总结通讯总结 姚朝安整理姚朝安整理 p 8 / 22 两线制连接 四线制连接 modbus通讯总结通讯总结 姚朝安整理姚朝安整理 p 9 / 22 2 使用使用 modbus1 通讯在通讯在 cs3000 中的软硬件配置：中的软硬件配置： a. 硬件配置硬件配置 a) 使用硬件：alr111、alr121 b) 硬件数量限制：对每个 fcu，在非冗余配置下，最多可以安装 16 个通讯模块（可以是

13、：alf111、 alr111、ale111、alr121、alp111） ；在冗余配置下，最多可以配置 8 对以上模块。 c) 通讯协议：modbus protocol (rtu mode) d) 硬件规格参数： 1) 通讯容量： 2) 通讯规格： 注意事项： (*1)：此项可在 system view 的属性页中设置 (*2)：对于 modbus 通讯， “接收完成”在“reception character interval timer”时间段内被检测 出来，如果“reception character interval timer”时间被设置的越长，接收完成的时间将会 越长。通常，对于

14、 9600bps 的通讯速率，设置为 10ms. modbus通讯总结通讯总结 姚朝安整理姚朝安整理 p 10 / 22 b. 软件配置软件配置 组态：cs3000 需安装软件包（在此不讨论使用 ale111 的 modbus tcp/ip 通讯） ： 或 modbus通讯总结通讯总结 姚朝安整理姚朝安整理 p 11 / 22 3 组态过程：组态过程： a. 打开打开 cs3000 软件，生成软件，生成 alr121 卡件卡件 开始yokogawa centumsystem view 在控制站（fcs0101）节点（node1）下点击右键 create new iom，弹出 create ne

15、w iom 窗 口，在 category 中选择 serial communication，在 type 中选择 alr121(rs-422/rs-485 serial communication interface) 在 slot 中设置卡件位置“7” 。 b. 点击“点击“card common”标签，选择卡件常规项：”标签，选择卡件常规项： 连接设备选择“modbus” 。 modbus通讯总结通讯总结 姚朝安整理姚朝安整理 p 12 / 22 c. 点击点击 port1 标签，设置标签，设置 modbus 通讯端口属性：通讯端口属性： modbus通讯总结通讯总结 姚朝安整理姚朝安整理

16、 p 13 / 22 需要设置的项如下： 1) 波特率：与子系统的波特率需设置一致。 2) 奇偶校验方式 3) 数据位数 4) 停止位 5) 通讯错误处理：当通讯中出现问题时，系统所作的错误处理动作，通过设置这几项，可以提高 通讯反应速率。 6) 2 线制/4 线制选择设置：选择不同的接线方式，需要设置不同的接线形式。 alr121 卡件有 port1 和 port2 两个通讯口， 如果连接有 port2， 同样设置 port2 之后点击 “ok” ， 卡件生成结束。 d. 通讯通讯 i/o 组态：双击组态：双击 alr121 卡件，弹出“卡件，弹出“communication i/o bui

17、lder”窗口，开始通讯”窗口，开始通讯 i/o 组态。组态。 1) 通讯通讯 i/o 组态说明各项定义组态说明各项定义 buffer area ：针对本块：针对本块 alr121 所存储的总数据大小。所存储的总数据大小。 program name：modbus 通讯模块的安装位置，格式如下：通讯模块的安装位置，格式如下：k1-节点号节点号-插槽号插槽号 modbus modbus通讯总结通讯总结 姚朝安整理姚朝安整理 p 14 / 22 size：所选数据类型的数据长度，以“：所选数据类型的数据长度，以“words（2 byte） ”为单位进行分配，范围为：） ”为单位进行分配，范围为：11

18、26 port：端口号，：端口号，modbus 有两个端口，在此设置有两个端口，在此设置 1 或或 2。 ip address: ip 地址（对地址（对 modbus 组态不起作用，适用于组态不起作用，适用于 ethernet，如填写，不会报错） 。，如填写，不会报错） 。 station：从站设备的地址。范围为：从站设备的地址。范围为：032 的数字（对从站设备进行识别） 。的数字（对从站设备进行识别） 。 device&address: 从站设备数据保存的内存地址（从站设备数据保存的内存地址（详细信息见附注详细信息见附注 1） data type：数据类型，需和从站数据类型一致。：数据类型

19、，需和从站数据类型一致。 reverse:是否将控制站（是否将控制站（fcs）和子系统中的数据位“）和子系统中的数据位“bit”取反， “”取反， “no” “” “yes”可选。”可选。 scan：设置通讯扫描方式， “：设置通讯扫描方式， “normal” “” “fast”可选。”可选。 2) 在“在“communication i/o builder”中组态模拟量点：如下例”中组态模拟量点：如下例 3) 在“在“wbtagdef”中组态数字量点：”中组态数字量点： a) 在在 element 中填写通讯的数字工位，如：中填写通讯的数字工位，如：%wb001101 b) 在在 tag n

20、ame 中填写工位名称，如：中填写工位名称，如：psa-9001d2 c) 在在 tag comment 中填写相对应的工位注释中填写相对应的工位注释 下装，完成通讯下装，完成通讯 i/o 组态。组态。 4) 在在 drawing 图中组态：图中组态： modbus通讯总结通讯总结 姚朝安整理姚朝安整理 p 15 / 22 对于模拟量输入的对于模拟量输入的 pvi，选中，选中 pi-101，右键单击“，右键单击“edit details” ，进入详细编辑，将“输入信号 处理”与“输出信号处理”方式选择为子系统通讯，并设置一定的增益和偏差。 ” ，进入详细编辑，将“输入信号 处理”与“输出信号处

21、理”方式选择为子系统通讯，并设置一定的增益和偏差。 modbus通讯总结通讯总结 姚朝安整理姚朝安整理 p 16 / 22 数字量点可以可以使用“开关仪表”进行接收，也可以直接调用“数字量点可以可以使用“开关仪表”进行接收，也可以直接调用“%wb000102”或设置的工位 直接进行调用。 ”或设置的工位 直接进行调用。 5) 下装，系统组态完成。下装，系统组态完成。 6) 调试：调试： a) 在“在“fcs0101 station status display”中观察卡件状态，在硬件”中观察卡件状态，在硬件 alr121 卡件上观察接收、 发送灯是否正常。 卡件上观察接收、 发送灯是否正常。

22、modbus通讯总结通讯总结 姚朝安整理姚朝安整理 p 17 / 22 b) 调出调出 process report，看是否有“，看是否有“1” ，如果有“” ，如果有“1” ，表示有数据发送过来，如果没有，则 表示没有数据发送过来。 ” ，表示有数据发送过来，如果没有，则 表示没有数据发送过来。 c) 调出工位，核对和子系统的数据差别。调出工位，核对和子系统的数据差别。 7) 调试结束。调试结束。 附注附注 1 device & address 设置详细描述： 设置详细描述： modbus plc 的内部数据被称为的内部数据被称为设备设备“devices” ，设备被分为：” ，设备被分为：b

23、it 设备和设备和 word 设备，比如，一 个内部继电器 设备，比如，一 个内部继电器(internal relay)相当于是一个相当于是一个 bit 设备；而一个保持型寄存器（设备；而一个保持型寄存器（holding register）相 当于是一个 ）相 当于是一个 word 设备设备. “device&address”和和”data size”在“通讯在“通讯 i/o 组态”中进行设置，用以访问设备，对于组态”中进行设置，用以访问设备，对于 modbus plc，其地址格式如下：，其地址格式如下： + 例如：例如： a10012， 第一个字符“第一个字符“a”表示可读可写的功能码”表示

24、可读可写的功能码 第二个字符“第二个字符“1”表示设备类型为“”表示设备类型为“input relay”输入寄存器”输入寄存器 最后四位字符“最后四位字符“0012”表示的为设备的地址”表示的为设备的地址 下表为功能码和设备类型的对照表：下表为功能码和设备类型的对照表： modbus通讯总结通讯总结 姚朝安整理姚朝安整理 p 18 / 22 modbus通讯总结通讯总结 姚朝安整理姚朝安整理 p 19 / 22 注意事项：注意事项： 上表标示的部分为标准上表标示的部分为标准 modbus 协议的功能码， 其左侧为协议的功能码， 其左侧为 cs3000 软件所使用的对应功能软件所使用的对应功能

25、modbus通讯总结通讯总结 姚朝安整理姚朝安整理 p 20 / 22 码，一般码，一般 plc 给横河提供的为标准给横河提供的为标准 modbus 协议的功能码，所以需要我们通过上表找出 对应 协议的功能码，所以需要我们通过上表找出 对应 cs3000 的功能码。的功能码。 另下表为标准另下表为标准 modbus 协议功能码的具体访问含义：协议功能码的具体访问含义： 表 1 modbus 功能码 功能码 名称 作用 01 读取线圈状态 取得一组逻辑线圈的当前状态（on/off) 02 读取输入状态 取得一组开关输入的当前状态（on/off) 03 读取保持寄存器 在一个或多个保持寄存器中取得当前的二进制值 04 读取输入寄存器 在一个或多个输入寄存器中取得当前的二进制值 05 强置单线圈 强置一个逻辑线圈的通断状态 06 预置单寄存器 把具体二进值装入一个保持寄存器 07 读取异常状态 取得 8 个内部线圈的通断状态， 这 8 个线圈的地址由控制器决 定，用户逻辑可以将这些线圈定义，以说明从机状态，短报文 适宜于迅速读取状态 08 回送诊断校验 把诊断校验报文送从机，以对通信处理进行评鉴 09 编程（只用于 484） 使主机模拟编程器作用，修改 pc 从机逻辑 10 控询（只用于 48