Modbus通讯在港机设备上的应用

Modbus 通讯在港机设备上的应用

蒋栋刚 胡为忠

1. 浙江世航乍浦港口有限公司 314201 2. 嘉兴市乍浦港口经营有限公司 314201

摘要：随着港机设备电气自动化技术应用的不断提高，港机设备的控制模式也在不断变化，由以往完全接触器控制向PLC控制转变。PLC控制也带来了各种通讯方式的进入，Modbus通讯就是其中的一种运用广泛，相对简单的通讯方式。基于此，本篇文章对Modbus通讯在港机设备上应用进行研究，以供相关人士参考。

关键词：Modbus通讯; 电气自动化技术;港机

引言

港机PLC控制的引入大大提高了港机自动化和运行效率，由此也带来了各种通讯方式，如西门子的Profibus，Profinet，安川的CP215,CP216等通讯方式。由于这些通讯都是不放开的通讯，用户可以修改使用的难度也比较大，而Modbus通讯是开放式通讯，并且各种厂家的PLC，变频器，仪器仪表等基本都支持这一通讯，应用范围广。基于这一背景，对Modbus通讯在港机上的实际应用进行分析具有重要的现实意义。

一、Modbus通讯的概述

Modbus是一种串行通信协议，是Modicon公司（现在的施耐德 HYPERLINK "https://baike.baidu.com/item/%E6%96%BD%E8%80%90%E5%BE%B7%E7%94%B5%E6%B0%94"气 Schneider Electric）于1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准（De facto），并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。(1)Modbus 协议主要用于控制器之间的通信。通过此协议，两个控制器相互之间或控制器通过网络（例如以太网）和其它设备之间可以进行通信。目前有很多设备采用Modbus的通信协议标准。(2) 如果按照国际ISO/OSI 的7 层网络模型来说，标准Modbus 协议定义了通信物理层、链路层及应用层；物理层：定义了基于RS232 和RS485 的异步串行通信规范；链路层：规定了基于站号识别、主/从方式的介质访问控制；应用层：规定了信息规范（或报文格式）及通信服务功能；(3) 目前很多Modbus 设备应用都是基于RS232/485，也有变化的Modbus 网络通信，只使用Modbus的应用层（信息规范），而底层使用其它通信协议，如：底层使用以太网+TCP/IP 的Modbus网络通信、底层使用无线扩频通信Modbus 网络等等。

二、Modbus通信技术的作用

Modbus通信技术在港机上的应用具有极其重要的作用，主要在以下三个方面进行体现。（1）可以大大降低设备的运行成本，降低布线数量。由于采用了通信的方式进行设备的数据交换，较以往点对点方式的数据交换可以省下大量的布线材料，无论是采用串口还是TCP/IP的Modbus通信都只需要少量的通信线即可达到平常几十根线才能完成的工作。（2）可以提高设备运行稳定性，Modbus通信运行稳定，可以降低设备故障率，较以往设备间线路故障引起的维修大大降低，由于设备之间只采用少量通信线，线路短路，断路等引起的故障基本不再出现。可以是设备运行更加稳定，设备的安全性更加可靠。（3）可以使港机设备的整体可视化能力得到提高，港机设备上上位机一般都安装监控软件或触摸屏系统，采用Modbus通信增加的设备可以实施读取设备的各种参数及数据。从而可以更方便的显示在监控软件或触摸屏系统上，可以实时的了解设备的运行状态，使设备的管理能力得到提升。

三、Modbus通信协议的要点

3.1串行链路上传输模式

Modbus 是主/从通信协议。主站主动发送报文, 只有与主站发送报文中呼叫地址相同的从站才向主站发送回答报文。MODBUS 规定了2 种字符传输模式：ASCII 模式、RTU（二进制）模式；两种传输模式不能混用。Modbus网络上只有一个主站存在，每个从站必须有一个唯一的地址，从站地址范围为0-247。

3.2 Modbus RTU报文格式

Modbus RTU主从站之间数据交换是通过功能码来控制的，有些功能码对位操作，有些功能码对字操作。

3.3 TCP/IP上的Modbus TCP

Modbus TCP结合了Modbus协议和TCP/IP网络标准，它是Modbus协议在TCP/IP上的具体体现，数据传输时在TCP报文中插入Modbus应用数据单元ADU，用于识别Modbus应用数据单元，MBAP报文中携带附加长度信息，可便于接收方识别报文边界，MBAP报文中“单元标识符”用于取代Modbus串行链路上通用的Modbus从站地址。

3.3 Modbus 存储区

MODBUS 涉及到的控制器（或MODBUS 设备）存储区以0XXXX、1XXXX、3XXXX、4XXXX 标识；

四、Modbus通信在港机上的应用分析

港机上使用的控制器设备种类繁多，本文主要对笔者接触过的安川和西门子PLC控制器如何实现Modbus通讯进行分析。

4.1安川Modbus RTU通信

安川CP-316H,CP-317等PLC是日本安川公司生产的PLC控制器，CP-316H PLC自身本体自带RS232串口，可以实现Modbus RTU通信。CP-317PLC则需要添加CP-217模块才能实现Modbus RTU通信。两个控制器实现Modbus串行通信的方式是一样的，都需要通过软件进行PLC的编程，进行硬件的组态，设置串口波特率，奇偶校验，串口站地址参数的设置。安川PLC编程需要调用编程软件自带的安川发送消息功能和接收消息功能，MSG-SND和MSG-RCV两个功能块指令。当安川PLC作为从站与触摸屏等通信时，调用MSG-RCV功能，进行相应的设置，使Modbus主站可以读取安川PLC的数据。当安川PLC作为主站时可以调用功能MSG-SND读取从站数据，如读取各种仪表数据。

4.2安川Modbus TCP通信

安川CP316H和CP317要使用Modbus TCP通信,由于控制器自身未带网口，所以需要添加CP-218模块，CP316H在其自身主体上添加，CP-317则在其机架上添加模块。同样要实现功能，需要PLC软件进行组态编程，需要设置CP-218的组态参数，如本机IP地址，本机端口号，连接类型，通信协议等参数。

4结束语

各种不同的PLC控制器都有自身特有的通讯方式，Profibus，Profinet，Devicenet，CC-LINK等协议。Modbus通信相对于这些通信，在速率和稳定上虽然有所不及，但是Modbus协议标准、开放，用户可以免费、放心地使用Modbus协议，不需要交纳许可证费，也不会侵犯知识产权。目前，支持Modbus的厂家超过400家，支持Modbus的产品超过600种。Modbus可以支持多种电气接口，如RS-232、RS-485等，还可以在各种介质上传送，如双绞线、光纤、无线等。Modbus的帧格式简单、紧凑，通俗易懂。用户使用容易，厂商开发简单，各种优点使其仍活跃在工控设备上，所以学习和分析Modbus通信还是很有必要的。

参考文献

[1] 西门子S7-1200PLC编程及使用指南 段礼才主编.-北京：机械工业出版社

[2]安川FDS系列编程手册

[3]CP-316用户手册

[4]CP717应用软件操作手册