Школа промышленного управления: Интерпретация протокола связи Modbus [Коллекция Ии]

Школа промышленного управления: Интерпретация протокола связи Modbus [Коллекция Ии]

Как специалисту по промышленным контроллерам, вам наверняка знаком протокол связи Modbus. Протокол связи Modbus можно назвать наиболее широко используемым протоколом связи в области промышленной автоматизации. Благодаря своей открытости, масштабируемости и стандартизации он стал общепринятым промышленным стандартом.

В 1979 году компания Schneider Electric разработала протокол шины Modbus для промышленного применения. Сегодня во многих отраслях промышленности используется протокол Modbus для связи по протоколу RS485, поэтому сегодня мы рассмотрим сам протокол связи Modbus.

Modbus — это протокол связи, разработанный компанией Modicon для взаимодействия с ПЛК. Это также первый в мире шинный протокол, который действительно используется в промышленности. Сеть Modbus — это промышленная система связи, которая формируется путем соединения программируемого контроллера с интеллектуальным терминалом и компьютером через общедоступную линию или местную выделенную линию. Ее системная структура включает в себя как аппаратное, так и программное обеспечение. Она может применяться для сбора различных данных и мониторинга процессов.

Особенности Modbus:

(1) Стандартный и открытый протокол Modbus позволяет пользователям использовать его бесплатно и с уверенностью, без уплаты лицензионных сборов, и не нарушает права интеллектуальной собственности.

(2) Modbus может поддерживать различные электрические интерфейсы, такие как RS-232, RS-485 и т. д., а также может передаваться по различным средам, таким как витая пара, оптическое волокно, беспроводная связь и т. д.

(3) Формат кадра Modbus прост, компактен и понятен. Он удобен для пользователей и удобен для производителей в разработке.

С момента своего появления в 1979 году Modbus стал отраслевым стандартом в области промышленной связи. Оригинальный Modbus поддерживал только последовательные порты, которые делились на режимы передачи сигналов RTU и ACSII (обычно на основе среды последовательной связи RS485). С течением времени появилась новая версия Modbus TCP, которая может обмениваться данными через Ethernet. Кроме того, Modbus также имеет версию ModbusPlus, предназначенную для Modicon.

Modbus — это режим связи «ведущий/ведомый» с одной ведущей станцией. Он состоит из одной подстанции и нескольких ведомых станций, что позволяет нескольким устройствам обмениваться данными в одной сети.

Представлены три протокола связи Modbus:

ModbusTCP, Ethernet, RJ45.

ModbusRTU/ASCII, асинхронная последовательная связь, RS232/485/422, оптическое волокно, беспроводная связь

ModbusPlus, высокоскоростная сеть передачи токенов, коаксиальный кабель или оптический кабель.

Среди них наиболее часто используются ModbusRTU и ModbusTCP.

Сравнение режимов передачи сигнала

1. RTU и ASCII

1. Протокол ModbusASCII имеет начальный и конечный теги, протокол ModbusRTU — нет.

Это делает обработку пакетов данных в протоколе ASCII более удобной.

Например: интервал передачи пакета данных в протоколе ASCII может достигать 1 секунды (обычно не более 1 секунды, если интервал превышает 1 секунду, принимающее устройство считает это ошибкой).

Протокол RTU предусматривает, что время отправки или приема между каждыми двумя байтами не должно превышать 3,5 раза время передачи символа; в противном случае превышение указанного времени будет считаться началом нового кадра.

2. Протокол ASCII обладает высокой читаемостью и низкой эффективностью передачи.

Поскольку протокол ASCII передает все видимые символы ASCII, этап отладки будет более интуитивно понятным.

Но в этом одновременно и заключается его недостаток. Повышение читаемости приводит к снижению эффективности передачи данных. Например, для передачи шестнадцатеричного числа 0xF9, ASCII передаст два символа 'F' и '9'. Передача завершена.

Modbus, как протокол связи, используемый в промышленности, в основном предназначен для квалифицированных рабочих и инженеров. Он не требует высокой читаемости. Вместо этого, объем передаваемых данных, как правило, относительно велик, поэтому он редко используется в промышленности. Используется протокол ASCII.

3. Различные процедуры проверки

В RTU используется проверка CRC, а в ASCII — проверка LRC. Процедура проверки LRC проще, чем процедура проверки CRC. Оба метода проверки будут подробно описаны в последующих статьях.

2. TCP и RTU

1. Концепция отличается: Modbus — это стандартный протокол обмена данными в промышленной сфере. Он может использовать RTU и ASCII для взаимной передачи протокольных данных. RTU использует двоичные данные. Этот метод передает данные напрямую, а TCP преобразует каждый байт двоичных данных в фиксированную двухзначную шестнадцатеричную строку, а затем последовательно объединяет их для передачи данных в виде кода TCP. Как правило, метод RTU является наиболее распространенным.

2. Различные методы связи: Ethernet, соответствующий режим связи — ModbusTCP. Асинхронная последовательная передача (различные среды, такие как проводные RS-232/422/485; оптическое волокно, беспроводная связь и т. д.), соответствующий режим связи — ModbusRtu или ModbusASCII. Высокоскоростная сеть передачи маркера, соответствующий режим связи — ModbusPLUS.

Функциональный код Modbus