【文章內(nèi)容簡介】 速率為1200 bit/s～19200 bit/s。MODBUS的ASCII、RTU協(xié)議規(guī)定了消息、命令和應(yīng)答的方式，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，串行協(xié)議中除有奇偶校驗(yàn)外，ASCII模式主要采用LRC校驗(yàn)，RTU模式主要采用16位CRC校驗(yàn)。MODBUS是OSI模型第7層上的應(yīng)用層報文傳輸協(xié)議，它在連接不同類型網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備之間提供數(shù)據(jù)的通信。圖 31 MODBUS通信線路目前，可以通過下列三種方式實(shí)現(xiàn)MODBUS通信。(1)以太網(wǎng)上的TCP/IP。(2)各種介質(zhì)上的異步串行傳輸。(3) MODBUS PLUS，一種高速令牌傳遞網(wǎng)絡(luò) MODBUS數(shù)據(jù)單元　MODBUS協(xié)議定義了一個與基礎(chǔ)層無關(guān)的簡單協(xié)議數(shù)據(jù)單元（Protocol Data Unit, PDU）,特定總線或網(wǎng)絡(luò)上的MODBUS協(xié)議映射能夠在應(yīng)用數(shù)據(jù)單元（Additional Data Unit, ADU）上引入一些附加域，通用MODBU幀如圖22所示。圖 32通用MODBUS幀啟動MODBUS事務(wù)處理的客戶機(jī)創(chuàng)建MODBUSPDU，其中的功能碼向服務(wù)器指示將執(zhí)行哪種操作，功能碼后面是含有請求和響應(yīng)參數(shù)的數(shù)據(jù)域 MODBUS通信原理MODBUS是一種簡單的仿“客戶機(jī)/服務(wù)器”型應(yīng)用協(xié)議，其實(shí)質(zhì)就是主/從模式，不過主機(jī)是客戶機(jī)，從機(jī)是服務(wù)器。其通信遵循以下的過程： （1）客戶端準(zhǔn)備請求并向服務(wù)器發(fā)送請求；（2）服務(wù)器分析并處理客服端的請求，然后向客戶端發(fā)送結(jié)果；（3）如果出現(xiàn)任何差錯，服務(wù)器將返回一個異常功能碼。 當(dāng)服務(wù)器對客戶響應(yīng)時，它使用功能碼域來指示正常（無差錯）響應(yīng)或者出現(xiàn)某種差錯（稱為異常響應(yīng)）。對于一個正常響應(yīng)來說，服務(wù)器僅原始功能碼響應(yīng)。圖33 MODBUS事務(wù)處理（無差錯）對于異常響應(yīng)，服務(wù)器返回一個與原始功能碼等同的碼，設(shè)置該原始功能碼的最高有效位為邏輯1。圖34 MODBUS事務(wù)處理（異常響應(yīng)） Modbus主站/從站協(xié)議原理Modbus串行鏈路協(xié)議是一個主—從協(xié)議。在同一時刻，只有一個主節(jié)點(diǎn)連接于總線，一個或多個子節(jié)點(diǎn)（最大編號為247）連接于同一個串行總線。Modbus通信總是由主節(jié)點(diǎn)發(fā)起。子節(jié)點(diǎn)在沒有收到來主節(jié)點(diǎn)的請求時，從不會發(fā)送數(shù)據(jù)，子節(jié)點(diǎn)之間從不會互相通信。主節(jié)點(diǎn)在同一時刻只會發(fā)起一個Modbus事務(wù)處理。主節(jié)點(diǎn)以兩種模式對子節(jié)點(diǎn)發(fā)出Modbus請求：單播模式和廣播模式。 在單播模式，主節(jié)點(diǎn)以特定地址訪問某子節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)接到并處理完請求后，子節(jié)點(diǎn)向主節(jié)點(diǎn)返回一個報文（一個‘應(yīng)答’）。在這個模式，一個Modbus事務(wù)處理包含2個報文：一個來自主節(jié)點(diǎn)的請求，一個來自子節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答。每個子節(jié)點(diǎn)必須有唯一的地址（1到247），這樣才能區(qū)別于其它節(jié)點(diǎn)被豬瘟獨(dú)立的尋址。 圖35 單播模式 在廣播模式，主節(jié)點(diǎn)向所有子節(jié)點(diǎn)發(fā)送請求。 對于主節(jié)點(diǎn)廣播的請求沒有應(yīng)答返回，廣播請求一般用于寫命令。所有設(shè)備必須接受廣播模式的寫功能。地址0是專門用于表示廣播數(shù)據(jù)的。圖36廣播模式 MODBUS通信網(wǎng)絡(luò)MODBUS協(xié)議可以方便地在各種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)內(nèi)經(jīng)行通信，每種設(shè)備（PLC、HML、采集面板、變頻器、運(yùn)動采集、I/O設(shè)備等）都能使用MODBUS協(xié)議來啟動遠(yuǎn)程操作，同樣的通信能夠在串行鏈路和TCP/IP以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上經(jīng)行，而網(wǎng)關(guān)則能夠?qū)崿F(xiàn)各種MODBUS協(xié)議的總線或網(wǎng)絡(luò)之間的通信。（1）在標(biāo)準(zhǔn)MODBUS網(wǎng)絡(luò)上轉(zhuǎn)輸標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS口是使用RS232C兼容串行接口，它定義了連接口的針腳、電纜、信號位、傳輸波特率、奇偶校驗(yàn)。控制器能直接或經(jīng)由Modem組網(wǎng)?？刂破魍ㄐ攀褂弥鲝募夹g(shù)，即僅設(shè)備（主設(shè)備）能初始化傳輸（查詢）。其它設(shè)備（從設(shè)備）根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)。典型的主設(shè)備：主機(jī)和可編程儀表。典型的從設(shè)備：可編程控制器。主設(shè)備可單獨(dú)和從設(shè)備通信，也能以廣播方式和所有從設(shè)備通信。如果單獨(dú)通信，從設(shè)備返回消息作為回應(yīng)，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應(yīng)。MODBUS協(xié)議建立了主設(shè)備查詢的格式：設(shè)備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、錯誤檢測域。從設(shè)備回應(yīng)消息也由MODBUS協(xié)議構(gòu)成，包括確認(rèn)要行動的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和錯誤檢測域。如果在消息接收過程中發(fā)生錯誤，或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令，從設(shè)備將建立錯誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去。（2）在其它類型網(wǎng)絡(luò)上轉(zhuǎn)輸在其它網(wǎng)絡(luò)上，控制器使用對等技術(shù)通信，故任何控制都能初始和其它控制器的通信。這樣在單獨(dú)的通信過程中，控制器既可作為主設(shè)備也可作為從設(shè)備。提供的多個內(nèi)部通道可允許同時發(fā)生的傳輸進(jìn)程。在消息位，MODBUS協(xié)議仍提供了主從原則，盡管網(wǎng)絡(luò)通信方法是“對等”。如果控制器發(fā)送消息，它只是作為主設(shè)備，并期望從設(shè)備得到回應(yīng)。同樣，當(dāng)控制器接收到消息，它將建立一從設(shè)備回應(yīng)格式并返回給發(fā)送的控制器。MODBUS是Modicon公司為其PLC與主機(jī)之間的通訊而發(fā)明的串行通訊協(xié)議。其物理層采用RS23485等異步串行標(biāo)準(zhǔn)。由于其開放性而被大量的PLC及RTU廠家采用。MODBUS通訊方式采用主從方式的查詢－相應(yīng)機(jī)制，只有主站發(fā)出查詢時，從站才能給出響應(yīng)，從站不能主動發(fā)送數(shù)據(jù)。主站可以向某一個從站發(fā)出查詢，也可以向所有從站廣播信息。從站只響應(yīng)單獨(dú)發(fā)給它的查詢，而不響應(yīng)廣播消息。MODBUS的串行口的通訊參數(shù)（如波特率、奇偶校驗(yàn)）可由用戶選擇。 ASCII模式當(dāng)控制器設(shè)為在Modbus網(wǎng)絡(luò)上以ASCII（美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼）模式通信，在消息中的每個8Bit字節(jié)都作為一個ASCII碼（兩個十六進(jìn)制字符）發(fā)送。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是字符發(fā)送的時間間隔可達(dá)到1秒而不產(chǎn)生錯誤。信息幀的每一字節(jié)是用兩個字符表示的，如十六進(jìn)制數(shù)63，在ASCII 模式下占用2 字節(jié)，用以表示字符“6”和“3”，其代碼是：0ll0ll0 0ll00ll。顯然，ASCII 模式通信要比RTU 模式花兩倍的時間和空間，但優(yōu)點(diǎn)是表示方便，容易讀取。 　　 RTU（Remote Terminal Unit）模式當(dāng)控制器設(shè)為在Modbus網(wǎng)絡(luò)上以RTU（遠(yuǎn)程終端單元）模式通信，在消息中的每個8Bit字節(jié)包含兩個4Bit的 十六進(jìn)制字符。以RTU 模式建立通信時，信息是以8 位二進(jìn)制方式傳送的，如：63（十六進(jìn)制）在RTU 模式下是用8位二進(jìn)制0ll000ll 表示的，這種方式的最大好處是在同等傳輸速率下，可以比ASCII 模式傳輸較多的信息，該模式在智能儀表上被普遍采用?！　D37 RTU的串行字節(jié)表達(dá)格式：地址功能代碼數(shù)據(jù)數(shù)量數(shù)據(jù)1…數(shù)據(jù)nLRC高字節(jié)LRC低字節(jié)回車換行ASCII 模式地址功能代碼數(shù)據(jù)數(shù)量數(shù)據(jù)1…數(shù)據(jù)nCRC高字節(jié)CRC低字節(jié)RTU 模式 CAN總線技術(shù) 控制器局部網(wǎng)(CAN)控制器局部網(wǎng)(Controller Area NetworkCAN)屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN現(xiàn)場總線最初是由德國的Bosch公司為汽車的監(jiān)測控制系統(tǒng)而設(shè)計的。由于CAN現(xiàn)場總線有卓越的特性和極高的可靠性，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連，因此越來越受到工業(yè)界的重視，并被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一，成為一種國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO 11898)CAN現(xiàn)場總線是一個多主總線，各節(jié)點(diǎn)都有權(quán)向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息。通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖，其主要特點(diǎn)有:（1）通信速率為 1 Mbps/40m，節(jié)點(diǎn)數(shù)110個，每個節(jié)點(diǎn)均可主動傳輸，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖。（2）采用點(diǎn)對點(diǎn)、全局廣播發(fā)送接收數(shù)據(jù)。（3）可實(shí)現(xiàn)全分布式多機(jī)系統(tǒng)，且無主從之分，每點(diǎn)均可主動發(fā)送報文，可方便地構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)。（4）采用非破壞性總線優(yōu)先級仲裁技術(shù)，當(dāng)兩個節(jié)點(diǎn)同時向網(wǎng)上發(fā)送信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)主動停止發(fā)送數(shù)據(jù)。（5）支持四種報文幀:數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、出錯幀、超載幀。采用短幀結(jié)構(gòu)，傳送時間短、受干擾概率低。（6）采用CRC校驗(yàn)及其他校驗(yàn)措施，保證了極低的信息出錯率。（7）具有自動關(guān)閉功能，當(dāng)接點(diǎn)錯誤嚴(yán)重時，自動切斷與總線的聯(lián)系，以不影響總線的工作。 CAN的性能特點(diǎn) CAN C（Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)絡(luò)。由于其高性能、高可靠性及獨(dú)特的設(shè)計，CAN越來越受到人們的重視。國外已有許多大公司的產(chǎn)品采用了這一技術(shù)。CAN最初是由德國的BOSCH公司為汽車監(jiān)測、控制系統(tǒng)而設(shè)計的。 由于CAN總線本身的特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍目前己不再局限于汽車行業(yè)，而向過程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、紡織機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療機(jī)誡、傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。CAN己經(jīng)形成國際標(biāo)準(zhǔn)，并己被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。CAN屬于總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)，由于其采用許多新技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計，與一般的通信總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性與靈活性，其特點(diǎn)可以概括如下:（1）CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任一時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活，且無需站地址等節(jié)點(diǎn)信碑息。利用這一點(diǎn)可以方便的構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)。（2）CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息可分成不同的優(yōu)先級，以滿足不同的實(shí)時要求；（3）CAN采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)多個節(jié)點(diǎn)同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點(diǎn)會主動退出發(fā)送，而優(yōu)先級最高的節(jié)點(diǎn)可以不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間，尤其是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況(以太網(wǎng)則可能)；（4）CAN只需要報文濾波就可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)，無需專門的調(diào)度；（5）CAN的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá) lOkm(速率在S沖，以下)，通信速率最高可達(dá)1 Mbps(此時通信距離最多為40m )；（6）CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路，目前可達(dá)110個，報文標(biāo)識符可達(dá)2032種( )，而擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)()的報文標(biāo)識符幾乎不受限制；（7）采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，受干擾概率低，具有極好的檢錯效果；（8）CAN的每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯措施，數(shù)據(jù)出錯率極低；（9）CAN的通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活；（10）CAN節(jié)點(diǎn)在錯誤嚴(yán)重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能，使得總線上的其他節(jié)點(diǎn)操作不受影響。 CAN節(jié)點(diǎn)的分層結(jié)構(gòu)為使設(shè)計透明和執(zhí)行靈活，遵循ISO/OSI標(biāo)準(zhǔn)模型，CAN分為數(shù)據(jù)鏈路層(包括邏輯鏈路控制子層LLC和媒體訪問控制子層MAC)和物理層，數(shù)據(jù)鏈路層的LLC和MAC子層的服務(wù)和功能被描述為“目標(biāo)層”和“傳送層”。LLC子層的主要功能有:為數(shù)據(jù)傳送和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求提供服務(wù)，確認(rèn)由LLC子層接收的報文實(shí)際已被接收，并為恢復(fù)管理和通知超載提供信息。在定義目標(biāo)處理時，存在很多靈活性。MAC子層的功能主要是傳送 圖38 物理層 規(guī)則，亦即控制幀結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯誤檢測、出錯標(biāo)定和故障界定。MAC子層也要確定，為開始新一次的發(fā)送，總線是否開放或者是否馬上開始接收。位定時特性也是MAC子層的一部分。MAC子層特性不存在修改的靈活性。物理層的功能是關(guān)于數(shù)據(jù)在不同節(jié)點(diǎn)之間實(shí)際傳送的全部電氣特性。顯然，在一個網(wǎng)絡(luò)里，所有節(jié)點(diǎn)物理層必須是相同的。但是在物理層選擇上也存在很大的靈活性。 ，并描述與CAN有關(guān)的外層，物理層定義信號怎樣進(jìn)行發(fā)送，因而，涉及位定時、位編碼和同步的描述。在這部分技術(shù)規(guī)范中，為定義物理層中的驅(qū)動/接收器特性，以便允許根據(jù)具體應(yīng)用，對發(fā)送媒體和信號電平進(jìn)行優(yōu)化。MAC子層是CAN協(xié)議的核心，它描述由LLC子層接收到的報文和對LLC子層發(fā)送的認(rèn)可報文。MAC子層可響應(yīng)報文幀、仲裁、應(yīng)答、錯誤檢測和標(biāo)定，MAC子層由稱為故障界定的一個管理實(shí)體監(jiān)控，它具有識別永久故障或短暫擾動的自檢機(jī)制。LLC子層的主要功能是報文濾波、超載通知和恢復(fù)管理。圖39 CAN總線分層傳輸控制示意圖 CAN通信技術(shù)隨著CAN在各種領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣，對其通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化也提出了要求。1991年9月飛利浦半導(dǎo)體公司制訂并發(fā)布了CAN技術(shù)規(guī)范。該技術(shù)規(guī)范包括A和B兩部分，。此后，CAN成為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO I 1898。這一標(biāo)準(zhǔn)的頒布，為控制器局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化推廣鋪平了道路。 CAN通信參考模型參照ISO/OSI標(biāo)準(zhǔn)模型，CAN分為數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。CAN的通信參考模型如圖310所示 圖中邏輯鏈路控制子層LLC的主要功能是:為數(shù)據(jù)傳送和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求提供服務(wù)，確認(rèn)由LLC子層接收的報文實(shí)際己被接收，并為恢復(fù)管理和通知超載提供信息。MAC子層主要規(guī)定傳輸規(guī)則，即控制幀結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯誤檢測、出錯標(biāo)定和故障界定。MAC子層要為開始一次新的發(fā)送確定總線是否開放或者是否馬上開始接收。MAC子層特性不存在修改的靈活性。圖310 CAN的通信參考模型物理層規(guī)定了節(jié)點(diǎn)的全部電氣特性。在一個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，要實(shí)現(xiàn)不同節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸，所有節(jié)點(diǎn)的物理層必須是相同的。 CAN的報文傳送與通信幀結(jié)構(gòu) 在數(shù)據(jù)傳輸中，發(fā)出報文的節(jié)點(diǎn)稱為該報文的發(fā)送器，節(jié)點(diǎn)在報文進(jìn)入空閑狀態(tài)前或丟失仲裁前恒為發(fā)送器。如果一個節(jié)點(diǎn)不是報文發(fā)送器，并且總線不處于空閑狀態(tài)，則該節(jié)點(diǎn)為接收器。CAN協(xié)議中使用兩種邏輯位表達(dá)方式，當(dāng)總線上的CAN控制器發(fā)送的都是隱性位時，此時總線狀態(tài)是隱性位(邏輯1)，如果總線上有顯性位出現(xiàn)，隱性位總是讓位于強(qiáng)位，即總線上是顯性位(邏輯0)。報文傳輸有4個不同類型的幀:數(shù)據(jù)幀，遠(yuǎn)程幀，錯誤幀，過載幀。數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀可以使用標(biāo)準(zhǔn)幀及擴(kuò)展幀2種格式。這里主要介紹一下數(shù)據(jù)幀。 數(shù)據(jù)幀從發(fā)送節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)到一個或多個接收節(jié)點(diǎn)。它由七