modbus协议范文精选

摘要：工业控制已从单机控制走向集中监控、集散控制，如今已进入网络时代，工业控制器联网也为网络管理提供了方便。Modbus就是工业控制器的网络协议中的一种。最初为可编程控制器（PLC）和工业自动化系统而制定，现已被广泛应用，成为智能建筑中央管理平台比集成的接口之一。

关键词：Modbus协议族 传输过程 通信接口模块开发 集成工程应用

Modbus协议是一个公开的、被广泛应用的串行通信协议，最初由Modicon公司为其可编程控制器和工业自动化系统而制定的，使用于控制设备间传输数字和模拟的I/O及寄存器数据时使用。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一个控制器请求访问其它设备的过程，如何回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。

当在一个Modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。在其它网络上，包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。

1.Modbus协议

1.1 Modbus协议族

Modbus协议中有ASCII、RTU、TCP等，其中前二者规定了消息、数据的结构、命令和应答的方式，数据通信采用Master/Slave（主从）方式，主端发出数据请求消息，从端接收到正确消息后就可以发送数据到主端以响应请求；主端也可以直接发送消息修改从端的数据，实现双向读写。此外，在校验上，ASCII模式采用LRC校验，RTU模式采用16位CRC校验。而TCP模式除了有奇偶校验外，没有额外规定校验，其原因就是TCP协议是一个面向连接的可靠协议。

1.2 Modbus网络上的数据传输

摘 要:Modbus协议是一个应用广泛的工业现场总线协议,鉴于其简单、开放、帧格式紧凑等优点,于2008年正式成为我国国家标准。介绍一种通过Cyclone系列FPGA实现Modbus RTU模式的方法,首先给出一个可以通用于Modbus主设备和从设备的协议接口单元,然后基于该接口设计了一个通用的Modbus从设备协处理器。实践证明该方法能够满足工业环境的通讯要求,此外,该方法在其他FPGA上也具有一定通用性和推广价值。

关键词:Modbus; RTU; FPGA; VHDL

中图分类号:TP316 文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)11-0203-05

Modbus Communication Protocol Based on FPGA

YU Zheng-lin, ZHANG Long, HUANG Yong

(Changchun University of Science and Technology,Changchun 130022,China)

Abstract: Modbus protocol is a popular fieldbus, and has become one of national standards in China with easy perfor-mance, widely opening and compact frame format. A method of implementing Modbus RTU protocol based on Cyclone FPGA is introduced. A interface can be used both in Modbus server and client, a Modbus slave coprocessor was designed based on it. The test results show that the design meets the communication requirement of industry environment, and has certain value in other kinds of FPGA.

摘要：Modbus协议被广泛地应用在工业过程控制中，是通用的工业标准之一。本文在研究Modbus　TCP/IP协议的基础上，设计了基于Modbus的数据读取的帧格式，并使用VC++　2010实现了数据读取功能。

关键词：Modbus 数据读取 工业控制 网络通信

中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）11-0049-02

Modbus是一种工业上开放的现场总线协议，是目前通用的工业标准之一。该协议能够使得各个厂家之间的控制设备能够相互通信和进行数据传输，在工业过程控制中具有广泛地应用[1]。Modbus协议包含三种模式，即Modbus　TCP、Modbus　RTU和Modbus　ASCII模式[2]。本文在研究Modbus　TCP协议模式的基础上，设计了一种基于TCP/IP的Modbus的数据读取功能。通过该读取功能，用户可以在PC机上可以读取PLC控制器上的数据。

1、Modbus　TCP/IP协议数据帧的格式

由于Modbus　TCP/IP协议运行于TCP/IP协议上，因此Modbus　TCP/IP协议的数据帧被封装于TCP/IP协议数据帧中的数据单元中，作为TCP/IP协议中的数据部分发送给各种控制设备；支持Modbus协议的控制设备收到Modbus请求之后，根据请求的内容将结果返回给客户端。本文所设计基于Modbus　TCP/IP的数据请求和响应帧格式如下图所示。

事务元标识符：该标识符用于事务处理的配对，该域中的内容为用户自行设定，如可以将每一帧的编号放在该域中。

协议标识符：该标识符用于系统内的多路复用，当使用的Modbus协议时，该值为0。

摘要： 为了实现通信处理器模块通信的功能，在实时操作系统uC/OSII和ARM7内核的软硬件平台上，通过移植LwIP到ARM开发平台提出了一种支持多线程实时应用的嵌入式TCP/IP协议栈的方案。在通讯应用层上，将Modbus帧嵌入到TCP帧中，分析研究Modbus/TCP协议通信结构模型，最终简单可靠地实现了嵌入式Modbus/TCP通信协议。结果表明，结合Modbus/TCP通信协议，可通过创建多个线程函数，稳定有效地实现Modbus/TCP客户端/服务器端之间数据的传送。

关键词： 实时操作系统； LwIP； Modbus/TCP； 客户端/服务器

中图分类号： TP 273文献标识码： Adoi： 10.3969

引言所谓工业以太网，是根据国际标准IEEE802.3，设计应用于工业控制系统现场的需要，它的特点主要有系统安全性高和数据实时性强等。近年来，工业以太网控制技术和网络协议设计技术快速发展，协议设计也有了突破性的进展，工业以太网技术得以迅速发展。ModbusIDA组织是由施耐德公司成立的，就是为了专门对Modbus协议进行研究和开发的。在国内，Modbus TCP/IP协议已经处于比较成熟的阶段，并对其广泛应用。为了让Modbus广泛有效地使用，提出了一种支持多线程实时应用的方案，即基于AT91R40008的微处理器，在实时操作系统uC/OSII和ARM7内核的软硬件平台上，通过移植TCP/IP协议栈[1]LwIP到ARM开发平台并结合Modbus/TCP协议实现通信处理器模块通信的功能。1Modbus/TCP协议模型Modbus/TCP协议[23]是在TCP/IP标准中，应用层采用工业领域事实标准Modbus实现的。经过国际公认，502端口被专门用于Modbus TCP/IP应用层，且其串行总线方式支持各种介质的rs232、rs422、rs485接口，网络通信模式如图1所示。

图1Modbus/TCP的网络通信模式

Fig.1The network communication mode of

Modbus/TCP

图2Modbus/TCP通信结构

摘 要：当今现场总线种类众多，至今仍未形成统一标准，这给不同厂商的设备互联带来了诸多不便。针对该种情况，研究并设计了Profibus-DP/Modbus协议转换模块，通过该模块可以将Modbus设备无缝接入Profibus总线系统。模块以S3C2440A为核心，采用“MCU+ASIC”的硬件设计来保证传输的可靠性，电气隔离接口提高了系统的抗干扰性；同时，在程序设计方面，通过单缓冲等一系列方法来保证通信的实时性。实验表明，该模块在有效降低成本的同时，具有良好的实时性、可靠性及抗干扰性，具有进一步研究推广的价值。

关键词：现场总线；Modbus协议；Profibus-DP协议；协议转换；电气隔离

中图分类号：TP393

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2015）005-0148-04

作者简介：惠明坤（1989-），男，江苏徐州人，江苏大学计算机科学与通信工程学院硕士研究生，研究方向为嵌入式系统应用。

0 引言

随着计算机、通信、自动化等技术的不断发展，现场总线控制系统（FCS）正逐渐成为新型工业控制系统的发展方向。相对于集散控制系统（DCS）[1]，现场总线控制系统由于标准开放、可靠性高、实时性好等优点，迅速成为各大厂商和组织的研究热点，如今已成为推动工业控制系统朝着智能化、数字化、信息化方向发展的重要力量[2]。

现场总线控制系统在迅速发展的同时，也随之产生了一些问题。由于现场总线种类众多，至今仍未形成统一的标准，使得用户很难使用不同厂商、不同品牌的设备进行系统集成，这给现场总线技术的推广应用带来了很大困难[3]。因此，对不同总线集成化技术进行研究极具现实意义。

水位自动监管系统主要对管理范围内的水位高度进行监管，以PLC与全天候高清数字图像采集系统相集合，通过网络化控制技术，于集中监控系统中实时收集所有水闸监控点的实时信息，以及实现水闸的远程控制，有更高的安全性。

【关键词】MODBUS协议 自动监管 应用

1 系统总体设计

水位自动监控系统主要对辖区范围内各水闸监控点的水位高度，水l开关状况，实时图像进行远程的集中监控，告警以及水文信息历史记录等功能。替代了原有的人员分点巡视的工作方式，实现无人守值的24小时不间断监控，有更高的安全性。

2 监控中心传输网络设计

水位自动监控系统以PLC与全天候高清数字图像采集系统相集合，通过网络化控制技术，于集中监控系统中实时收集所有水闸监控点的实时信息，以及实现水闸的远程控制。系统分为两大部分，第一部分为分布于每一个水闸监控点内的现场监控模组；第二部分为位于中控室的集中控制系统。集中控制系统由水闸集中监控软件，历史数据存储系统，实时多屏监控系统，声光告警装置，不间断电源UPS供电系统等组成

3 平台软件设计

现场监控模组由PLC控制系统，全天候高清数字图像采集系统，水闸阀控装置，水位检测器，网络模组，UPS供电系统等组成。建立自动检测水位项目工程，保证水位正常。水利自动监管系统实现24小时自动监控，是以减少人力投入为基础，促进水位自动化管理体系，使用PLC与C语言程序结合的控制系统。

【摘要】 Modbus协议作为一个跨时代的网络协议，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议，在工业领域具备广阔的应用前景。本文介绍了Modbus协议的主要特点，并详述在基于STM32单片机以及嵌入式实时操作系统μC/OS-II上的工业仪表内进行构建Modbus协议的系统设计。

【关键词】 Modbus协议 嵌入式实时操作系统 系统设计

一、引言

Modbus协议是由Modicon公司在1978年发明的一种工业通信协议，正式为工业网络拉开了序幕。Modbus 标准定义了 OSI 模型第7层上的应用层报文传输协议，它在连接至不同类型总线或网络的设备之间提供客户机/服务器通信。由于其开放性标准、支持多种电气接口、帧格式通俗易懂的特点，特别是工控领域上HMI、PLC、前端仪表等设备间通信得到了广泛使用。通常Modbus协议由串行链路通过一个主/从总线模型实现。同一时刻，只有一个主站连接于总线，一个或多个从站连接在同一个串行总线上。

二、硬件结构设计

在工业仪表内除了实现主要的监测物理量之外，仪表还需具备数据通信互连功能。本文所指的工业仪表是基于STM32L152RBT6为控制器的硬件环境实现的对外界环境温度监测的仪表，并通过在其内部构建Modbus协议实现数据通信。STM32L152RBT6是属于由ST公司的STM32L152系列微控制器，该系列属于是超低功耗，高数据安全性，高效能的ARM Cortex-M3微控制器芯片。其低功耗运行模式电流为10.4μA，能够满足实际的工业应用中低功耗稳定的需求。同时利用STM32内提供的串行口外设和485总线转换模块实现通信接口。转换模块采用的是SP3072EEN接口芯片，采用半双工通讯方式，与单片机引脚连接简单。硬件结构框图如图1所示。

三、软件功能设计

为了在基于嵌入式的工业仪表内构建一个实时性强、运行稳定的Modbus协议，使用了μC/OS-II作为整个仪表的软件平台，其是由Jean J. Labrosse于1992年编写的一个嵌入式多任务操作系统，凭借其足够的稳定性和安全性在数十年之间得到了许多机构的标准认证。在μC/OS-II内具体应用的软功能都是通过系统提供的多个用户任务来实现。

摘要：针对中国棉花加工过程中存在的加工设备故障率高、故障处理时间长的问题，研发了一套基于Modbus协议的棉花加工测控系统。系统设计了电流检测装置和转速检测装置，用于检测棉花加工设备运行电流与转速参数，采用数据挖掘故障诊断技术，分析加工设备故障特征，判断加工设备运行状态。在测控系统数据通讯过程中，传感器与控制器之间采用Modbus RTU协议、触摸屏与上位机之间采用Modbus TCP协议，确保设备运行参数的安全传输。棉花加工测控系统一个轧季的正常运行，有效降低了设备故障率，减少了故障处理时间，验证了整个系统设计的可行性和正确性。

关键词：Modbus协议；电流检测；转速检测；棉花加工；测控系统

中图分类号：TP277；TS113 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）11-2913-04

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.11.052

棉花加工的生产过程是指由原料子棉开始到制成产品皮棉、短绒等的全部劳动过程[1]，其工艺主要由子棉预处理、轧花、皮棉清理、集棉、打包、剥绒六个环节组成。在子棉预处理、轧花、皮棉清理和集棉环节，由于棉花喂给不均匀、子棉回潮率大等原因，存在加工设备堵棉、皮带断裂等故障。随着中国近年棉花产量不断提高，传统的继电器与单一的PLC的控制模式，检测信息速度慢且信息量少[2]，致使加工设备很难同步协调工作，继而造成加工设备故障率高、故障处理时间长，严重影响了棉花加工的产量与质量。

本研究设计的棉花加工测控系统，根据Modbus协议简单、实施容易等特点，解决棉花加工过程中存在的设备故障率高、故障处理时间长的问题。通过测控系统的使用，降低了棉花加工过程的设备故障率，缩短了故障处理时间，提高了棉花加工产量与质量。

1 Modbus协议及其分析

Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言，通过此协议，控制器及相互之间经由网络和其他设备之间可以通信[3-5]。Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP等，并没有规定物理层。协议的物理层可以是RS-232、RS-422、RS-485或TCP。与其他总线标准相比，Modbus协议具有协议简单、实施容易、性价比高、可靠性好等优点，在工业自动化领域获得了越来越广泛的应用[6，7]。

摘要　本文以MODBUS协议为基础，就DCS系统与PLC系统之间实现数据共享的通讯应用进行分析与探讨，对基于MODBUS协议的DCS与PLC通讯系统的系统组成与系统组态进行阐述，并介绍了该通讯系统常见故障的判断与排除。

关键词　MODBUS协议；DCS系统；PLC系统；通讯应用

中图分类号TN91 文献标识码A 文章编号　1674-6708（2013）82-0188-02

DCS系统以及PLC系统以其独特优势而被各行各业广泛应用，为实现生产的经济高效、节能环保提供了可靠的基础保障。但DCS系统与PLC系统之间的通讯始终是工程生产的重点问题，本文对MODBUS协议基础上，实现DCS系统与PLC系统之间的通讯进行分析与探讨，以其对工程生产提供帮助。

1　系统组成

1.1　通讯系统

Modbus通讯协议是一种通用的电子控制器应用语言，可利用网络或其它设备实现控制器之间的通讯，Modbus协议可以在忽略控制器通信方式的前提下，对其所能认识与使用的消息结构做出定义，是一个通用的工业标准，它还对控制器与其他设备之间的访问请求与过程进行描述，可以侦测错误信息并进行记录。并且，Modbus协议还制定了公共内容格式及消息域格局，控制器可设置为RTU或ASCII中任一种传输模式，用户可在标准的Modbus网络通信中选择所需模式及串口参数，Modbus网络上所有设备在控制器配置时，都应将传输模式以及串口通信参数选择一致。本文基于RS485协议来实现DCS与PLC之间的数据共享，可通过DCS控制PLC，也可将PLC的数据上传到DCS。实际操作时，可将一块MODBUS转DP通讯模块增加于DCS控制器下方，以使维护与控制简单方便，而基于MODBUS协议，此通讯模块可作为通讯主站，实现与现场PLC间的通讯，也可基于Pmfibus-DP协议并作为从站，实现与DCS系统的挂接。

1.2　DCS系统

【摘要】课题是基于Modbus协议的一个多单片机通信系统，整个多机通信系统是实际应用中多机通信系统的模型。系统是由单片机AT89S52和1602液晶等模块组成的多机通信系统。系统各部分的软件设计是根据Modbus协议规约编写，系统编程采用C语言。系统的技术可以用于很多需要多机连接通信的系统，有很强的实用价值。

【关键词】单片机；Modbus协议；多机通信

1.绪论

目前单片机渗透到生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。在大部分单片机应用领域都是多个单片机构成一个多机通信系统，他们之间相互通信接收、发送和处理信息，发挥整体的作用。

Modbus协议是MODICON公司推出的一个开放式现场总线的通信协议，由于得到众多仪表厂家的支持，正在成为仪表及智能终端的工业标准，目前，多数智能仪表已利用该协议向户提供通信接口，随着仪表和通信技术的发展，Modbus协议由Standard Modbus（标准型）发展到Modbus Plus（增强型）。Modbus的通信方式为主从方式。主方首先向从方发送通信请求指令，从方根据请求指令中的功能码向主方发回数据。每个从方都有自己独立的地址。主方所发的请求帧和从方所发的应答帧都是以从方地址开头的。从方只读发给自己的指令，对以其他从方地址开头的报文不予理睬，并对接收到的正确的报文予以应答，这种一问一答的通信模式，大大提高了通信的正确率。但是在多机系统中，要求既有主机与从机通信，也要有从机与主机通信，这种结构的系统是无法满足要求的。

单片机多机通信的目的是实现分布式处理系统，其通信方式有很多种，应用前景广阔，具有很大的研究意义！

2.本设计的主要内容

设计制作一个一主二从的多机通信系统，用Modbus协议实现他们的通信，设计内容是：（1）选择系统元件；（2）设计一主二从三个分立系统；（3）完成一主二从的硬件制作；（4）根据Modbus协议编写多机通信程序；（5）系统整体调试；（6）撰写设计说明书。