Modbus消息幀

在兩種傳輸模式（ASCII或RTU）中，傳輸設備將Modbus消息轉(zhuǎn)換為具有起點和終點的幀，從而允許接收設備從消息的開頭開始工作，讀取地址分配信息，判斷選擇了哪個設備（廣播模式傳輸?shù)剿性O備），并判斷信息何時完成。還可以檢測某些消息，并將錯誤設置為返回結果。

3.1ASCII幀

使用ASCII模式，消息以冒號（：）字符（ASCII代碼3ah）開頭，以回車換行符（ASCII代碼0dh，0ah）結尾。

可以在其他字段中使用的傳輸字符是十陸進制09，A。。F.網(wǎng)絡上的設備不斷檢測“：”字符。當收到冒號時，每個設備對下壹個域（地址域）進行解碼，以確定是否將其發(fā)送給自身。

消息中發(fā)送字符之間的最大時間間隔不應超過1秒，否則接收設備將考慮傳輸錯誤。典型的消息框如下所示：

3.2RTU框架

使用RTU模式時，消息發(fā)送應以至少3.5個字符的暫停間隔開始。在網(wǎng)絡波特率下最容易實現(xiàn)多字符時間。傳輸?shù)牡谝紓€域是設備地址。可以使用的傳輸字符是十陸進制09，A。。F.網(wǎng)絡設備持續(xù)檢測網(wǎng)絡總線，包括暫停間隔。當接收到第壹個域（地址域）時，每個設備進行解碼以確定是否將其發(fā)送到自己的域。在最后傳輸?shù)淖址?，至?.5個字符的暫停標志著消息的結束。在此暫停后，可以啟動壹條新消息。

整個消息幀必須作為連續(xù)流輸入。如果幀完成前的暫停時間超過1.5個字符，接收設備將刷新未完成的消息，并假定下壹個字節(jié)是新消息的地址字段。類似地，如果壹個新消息從少于3.5個字符的前壹個消息開始，則接收設備將認為它是先前消息的延續(xù)。這將導致錯誤，因為最后壹個CRC字段中的值不正確。典型的消息幀如下所示：

3.3地址域

消息幀的地址字段包含兩個字符（ASCII）或8位（RTU）?？赡艿膹膶俚刂窞?247（十進制）。單個設備的地址范圍為1247。主設備通過將要聯(lián)系的從設備的地址放入消息中的地址字段來對從設備進行門控。當從設備發(fā)送響應消息時，它將其地址放入響應地址字段，以便主設備知道哪個設備響應了。

地址0用作廣播地址，以便所有從屬設備都能識別它。當Modbus協(xié)議用于更高級別的網(wǎng)絡時，可能不允許廣播或以其他方式代替廣播。

3.4如何處理功能域

消息框中的功能代碼字段包含兩個字符（ASCII）或8位（RTU）?？赡艿拇a范圍為十進制1255。當然，有些代碼適用于所有控制器，有些代碼適用于某些控制器，有些代碼保留供將來使用。

當從主設備向從設備發(fā)送消息時，功能代碼字段將告訴從設備要執(zhí)行的行為。例如，要讀取輸入開關狀態(tài)，請讀取壹組寄存器的數(shù)據(jù)內(nèi)容，讀取從設備的診斷狀態(tài)，并允許傳輸、記錄和驗證從設備中的程序。

當從設備響應時，它使用功能代碼字段指示是正常響應（無錯誤）還是發(fā)生錯誤（稱為異議響應）。對于正常響應，從設備僅響應相應的功能代碼。作為對異議的響應，設備返回壹個與普通代碼等效的代碼，但最重要的位置是邏輯1。

例如，如果從主設備發(fā)送到從設備的消息需要讀取壹組保持寄存器，則將生成以下功能代碼：011（十陸進制03h）

對于正常響應，從設備僅響應相同的功能代碼。作為對異議的響應，它返回：10011（十陸進制83h）

除了由于異議錯誤而修改功能代碼外，從設備還在響應消息的數(shù)據(jù)字段中輸入壹個唯壹的代碼，該代碼可以告訴主設備發(fā)生了什么錯誤。

在主設備應用程序收到對異議的響應后，典型的過程是重新發(fā)送消息，或者診斷發(fā)送到從設備的消息并將其報告給操作員。

3.5數(shù)據(jù)字段

數(shù)據(jù)字段由兩組十陸進制數(shù)字組成，范圍為00FF。根據(jù)網(wǎng)絡傳輸模式，這可以由壹對ASCII字符或壹個RTU字符組成。

從主設備發(fā)送到從設備的消息數(shù)據(jù)字段包含附加信息：必須使用從設備執(zhí)行功能代碼定義的操作。例如，這包括不連續(xù)的寄存器地址、要處理的項目數(shù)和字段中的實際數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。

例如，如果主設備需要從設備讀取壹組保持寄存器（功能代碼03），則數(shù)據(jù)字段指定起始寄存器和要讀取的寄存器數(shù)量。如果主設備寫入壹組從設備寄存器（功能代碼10十陸進制），則數(shù)據(jù)字段指示要寫入的起始寄存器、要寫入的寄存器數(shù)、數(shù)據(jù)字段的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)以及要寫入寄存器的數(shù)據(jù)。

如果沒有發(fā)生錯誤，則從設備返回的數(shù)據(jù)字段包含請求的數(shù)據(jù)。如果發(fā)生錯誤，此字段包含反對代碼，主設備應用程序可使用該代碼確定下壹個操作。

在某些消息中，數(shù)據(jù)字段可能不存在（長度為0）。例如，主設備要求從設備響應通信事件記錄（功能代碼0bhex），而從設備不需要任何附加信息。

3.6錯誤檢測域

標準MODBUS網(wǎng)絡有兩種錯誤檢測方法。錯誤檢測字段的內(nèi)容取決于所選的檢測方法。

ASCII碼

當選擇ASCII模式作為字符幀時，錯誤檢測字段包含兩個ASCII字符。這是使用LRC（縱向冗余檢測）方法從消息內(nèi)容計算得出的，不包括起始冒號和回車換行符。LRC字符追加到回車換行符之后。

遠程終端

當選擇RTU模式作為字符幀時，錯誤檢測字段包含16位值（由兩個8位字符實現(xiàn)）。錯誤檢測域的內(nèi)容通過消息內(nèi)容的循環(huán)詳細性檢測獲得。CRC字段附加在消息的末尾。當添加時，低字節(jié)首先后跟高字節(jié)。因此，CRC的高位字節(jié)是發(fā)送消息的最后壹個字節(jié)。

3.7字符的連續(xù)傳輸

通過標準MODBUS系列網(wǎng)絡傳輸消息時，每個字符或字節(jié)按如下方式發(fā)送

4、錯誤檢測方法

標準MODBUS串行網(wǎng)絡使用兩種錯誤檢測方法。奇偶校驗可用于每個字符，幀檢測（LRC或CRC）應用于整個消息。它們在消息發(fā)送之前由主設備生成，從設備在接收過程中檢測每個字符和整個消息幀。

用戶應為主設備配置預定義的超時時間間隔，該時間間隔應足夠長，以便任何從設備都能正常響應。如果從設備檢測到傳輸錯誤，則不會接收消息，也不會響應主設備。這樣，超時事件將觸發(fā)主機來處理錯誤。發(fā)送到不存在的從屬設備的地址也會生成超時。

4.1平價

用戶可以將控制器配置為奇數(shù)或偶數(shù)檢查，或不檢查。這將決定如何設置每個字符中的奇偶校驗位。

如果指定奇偶校驗，則“1”的位數(shù)將計入每個字符的位數(shù)（ASCII模式下為7個數(shù)據(jù)位，RTU模式下為8個數(shù)據(jù)位）。例如，RTU字符幀包含以下8個數(shù)據(jù)位：1100101

“1”的整數(shù)是4。如果使用奇偶校驗，幀的奇偶校驗位將為0，因此整個“1”的數(shù)字仍然是4。如果使用奇偶校驗，幀的奇偶校驗位將為1，因此“1”的數(shù)目為5。

如果未指定奇偶校驗位，則傳輸期間將沒有奇偶校驗位，并且不會執(zhí)行驗證檢測。它不是額外的停止位，而是填充到要傳輸?shù)淖址麕小?/p>

4.2LRC檢測

使用ASCII模式，消息包括基于LRC方法的錯誤檢測域。LRC域檢測消息域中的內(nèi)容，但起始冒號和結束回車行號除外。

LRC字段是壹個包含8位貳進制值的字節(jié)。LRC值由發(fā)送設備計算并放入消息幀中。接收設備在接收消息的過程中計算LRC，并將其與接收消息中LRC域中的值進行比較。如果兩個值不相等，則存在錯誤。

LRC方法是連續(xù)累積消息中的8位字節(jié)并丟棄進位。

4.3CRC檢測

使用RTU模式，消息包括基于CRC方法的錯誤檢測域。CRC域檢測整個消息的內(nèi)容。

CRC字段為兩個字節(jié)，包含壹個16位貳進制值。它由傳輸設備計算并添加到消息中。接收設備重新計算接收到的消息的CRC，并將其與接收到的CRC域中的值進行比較。如果兩個值不同，則存在錯誤。

CRC首先放入壹個值均為“1”的16位寄存器，然后調(diào)用對消息中8位字節(jié)的當前寄存器中的值的處理。每個字符中只有8位數(shù)據(jù)對CRC有效，起始位、停止位和奇偶校驗位無效。

在CRC生成過程中，每個8位字符與寄存器內(nèi)容或（或）獨立關聯(lián)，結果移到最低有效位，最高有效位用0填充。提取并檢測LSB。如果LSB為1，則寄存器為獨立且預設值或更低。如果LSB為0，則不會執(zhí)行該操作。整個過程應重復8次。最后壹位（第8位）完成后，下壹個8位字節(jié)與寄存器的當前值獨立關聯(lián)。最終寄存器中的值是消息中所有字節(jié)執(zhí)行后的CRC值。

當CRC被添加到消息中時，首先添加低字節(jié)，然后添加高字節(jié)。

5、ModbusRTU通信協(xié)議和編程

Modbus通信協(xié)議分為RTU協(xié)議和ASCII協(xié)議。目前，各種儀表采用ModbusRTU通信協(xié)議，如ch2000智能功率監(jiān)測器、ch2000m功率參數(shù)采集模塊、巡檢儀、數(shù)顯表、光柱數(shù)顯表等。ModbusRTU協(xié)議簡要介紹如下：

5.1通信協(xié)議

5.1.1通信傳輸方式

通信傳輸分為獨立信息頭和傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)。以下通信傳輸模式定義也與ModbusRTU通信協(xié)議兼容：

Modbus協(xié)議簡介（圖10）

初始結構=≥4字節(jié)的時間

地址代碼=1字節(jié)

功能代碼=1字節(jié)

數(shù)據(jù)區(qū)=n字節(jié)

錯誤檢查=16位CRC代碼

末端結構=≥4字節(jié)的時間

地址代碼：

地址碼是通過通信傳輸?shù)牡谝紓€字節(jié)。此字節(jié)表示具有用戶設置的地址代碼的從機將接收主機發(fā)送的信息。每個從機都有壹個唯壹的地址碼，響應環(huán)回從它自己的地址碼開始。主機發(fā)送的地址碼表示要發(fā)送的從機地址，從機發(fā)送的地址碼表示返回的從機地址。

功能代碼：

通信傳輸?shù)牡谫E個字節(jié)。Modbus通信協(xié)議將功能編號定義為1至127。作為主請求發(fā)送，并通過功能代碼告知從機要執(zhí)行的操作；作為從機響應，從機發(fā)送的功能代碼與主機發(fā)送的功能代碼相同，表示從機已響應主機進行操作。如果從機發(fā)送的功能代碼的最高位為1（例如，功能代碼為127），則表示從機不響應操作或發(fā)送錯誤。

數(shù)據(jù)區(qū)：

根據(jù)不同的功能代碼，數(shù)據(jù)區(qū)域是不同的。數(shù)據(jù)區(qū)可以是實際值、設定值、主機發(fā)送到從機的地址或從機發(fā)送到主機的地址。

CRC碼：

雙字節(jié)錯誤檢測代碼。

5.1.2通信協(xié)議

當向儀器發(fā)送通信命令時，符合相應地址代碼的設備接收通信命令，刪除地址代碼，讀取信息，如果沒有錯誤，則執(zhí)行相應任務；然后將執(zhí)行結果返回給發(fā)送方。返回的信息包括地址代碼、操作的功能代碼、操作后結果的數(shù)據(jù)和錯誤檢查代碼。如果出現(xiàn)錯誤，則不發(fā)送任何消息。