一、關(guān)于Modbus組織
· 我們的使命
Modbus組織是一個(gè)由獨(dú)立用戶和自動(dòng)化設(shè)備供應(yīng)商組成的組織，旨在推動(dòng)Modbus通訊協(xié)議族的采用和推進(jìn)分布式自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)跨躍多個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)域。Modbus組織還將提供基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)獲取和分享協(xié)議、應(yīng)用和認(rèn)證的信息，為用戶簡(jiǎn)化實(shí)施，降低成本。
· 組織
Modbus組織是一個(gè)會(huì)員制的行業(yè)協(xié)會(huì)，注冊(cè)為“Modbus組織，公司”。符合馬薩諸塞州、美國(guó)的聯(lián)邦法律，并由美國(guó)國(guó)稅局認(rèn)可的一個(gè)非營(yíng)利性組織。捐贈(zèng)組織不能作為慈善捐款獲得減免稅收，但可以抵扣營(yíng)業(yè)費(fèi)。Modbus組織的年度國(guó)稅局表格990可在我們的聯(lián)系頁(yè)面請(qǐng)求獲得，請(qǐng)?zhí)峁┥暾?qǐng)單位或個(gè)人的全名、地址和電子郵件地址。
· 我們的會(huì)員標(biāo)志和會(huì)員標(biāo)志圖形
我們的會(huì)員標(biāo)志象征了一個(gè)圓桌會(huì)議，這意味著我們邀請(qǐng)所有的會(huì)員參加我們組織的技術(shù)和教育活動(dòng)。
Modbus組織邀請(qǐng)所有的供應(yīng)商(無(wú)論大與小)，系統(tǒng)集成商，最終用戶，開(kāi)源開(kāi)發(fā)者，教育工作者和其他有興趣的各方，參與討論Modbus協(xié)議的未來(lái)。
· 我們的活動(dòng)
Modbus組織從事各種有關(guān)Modbus協(xié)議維護(hù)和發(fā)展的活動(dòng)。一些活動(dòng)包括：
o 參與全球標(biāo)準(zhǔn)的活動(dòng);
o Modbus協(xié)議及其變化的領(lǐng)先進(jìn)化;
o 鼓勵(lì)和協(xié)助Modbus跨物理層和傳輸介質(zhì)的使用;
o 維護(hù)和開(kāi)展一致性測(cè)試項(xiàng)目，確保Modbus設(shè)備更好的互操作性;
o 給用戶和供應(yīng)商提供信息，幫助他們?cè)谧约旱漠a(chǎn)品中成功地使用Modbus;
o 從事教育和宣傳工作，包括貿(mào)易展覽、簡(jiǎn)報(bào)、網(wǎng)站和其他宣傳活動(dòng)。
· 我們的邀請(qǐng)
我們的邀請(qǐng)是請(qǐng)你，作為Modbus用戶或供應(yīng)商，參與到我們的活動(dòng)中，分享Modbus組織成員應(yīng)有的收益，并幫助我們把Modbus帶向未來(lái)。我們致力于把Modbus保持為全球領(lǐng)先、適用于工業(yè)自動(dòng)化的協(xié)議，并邀請(qǐng)你在我們的圓桌會(huì)議上有你的一席之地。
有關(guān)的Modbus組織成員的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱我們的會(huì)員傳單和會(huì)員申請(qǐng)表。請(qǐng)參考我們網(wǎng)頁(yè)中的聯(lián)系方式并且聯(lián)系我們--我們會(huì)很高興收到你的來(lái)信!
二、 Modbus協(xié)議
Modbus是一個(gè)應(yīng)用層消息協(xié)議，定位在OSI模型的第7層。它提供了在不同類型總線或網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備之間客戶機(jī)/服務(wù)器的通信。
自1979年以來(lái)，Modbus是事實(shí)上的工業(yè)串行標(biāo)準(zhǔn)，Modbus繼續(xù)使數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行通信。今天，Modbus簡(jiǎn)約大方的結(jié)構(gòu)支持不斷的增長(zhǎng)?；ヂ?lián)網(wǎng)社區(qū)可以在TCP協(xié)議保留的系統(tǒng)端口502上訪問(wèn)Modbus。
Modbus是一個(gè)請(qǐng)求/應(yīng)答協(xié)議，由功能代碼指定提供的服務(wù)。 Modbus功能碼是Modbus請(qǐng)求/應(yīng)答協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)的元素。該協(xié)議規(guī)范文檔描述了Modbus交易框架內(nèi)使用的功能代碼。
· 兩種串行傳輸模式
定義了兩種串行傳輸模式：RTU模式和ASCII模式。
定義了鏈路上串行傳送報(bào)文字段的位內(nèi)容。它確定了信息如何打包為報(bào)文字段和如何解碼。
在Modbus串行鏈路上，所有設(shè)備的傳輸模式(及串行口參數(shù))必須相同。
盡管在某些特定應(yīng)用中要求ASCII模式，但只有每個(gè)設(shè)備都有相同的模式才能進(jìn)行Modbus設(shè)備之間的互操作：所有設(shè)備必須實(shí)現(xiàn)RTU模式。ASCII傳輸模式是一個(gè)選項(xiàng)。
用戶應(yīng)該將設(shè)備設(shè)置成所期望的模式：RTU或ASCII模式。默認(rèn)設(shè)置必須為RTU模式。
o RTU傳輸模式
當(dāng)設(shè)備在Modbus串行鏈路上使用RTU(遠(yuǎn)程終端單元)模式通信時(shí)，報(bào)文中每個(gè)8位字節(jié)含有兩個(gè)4位十六進(jìn)制字符。這種模式的主要優(yōu)點(diǎn)是有較高的字符密度，在相同的波特率下，比ASCII模式有更高的數(shù)據(jù)吞吐量。必須以連續(xù)的字符流傳輸每個(gè)報(bào)文。
RTU模式中每個(gè)字節(jié)(11位)的格式為：
編碼系統(tǒng)：8位二進(jìn)制
每個(gè)字節(jié)的位：1個(gè)起始位
8個(gè)數(shù)據(jù)位，首先發(fā)送最低有效位
1個(gè)奇偶校驗(yàn)位
1個(gè)停止位
偶校驗(yàn)是要求的。也可以使用其它模式(奇校驗(yàn)、無(wú)校驗(yàn))。為了保證與其它產(chǎn)品的最大兼容性，建議還支持無(wú)校驗(yàn)?zāi)Ｊ?。默認(rèn)校驗(yàn)?zāi)Ｊ奖仨毷桥夹ｒ?yàn)。
使用無(wú)校驗(yàn)時(shí)要求2個(gè)停止位。
如何串行地傳送字符：
發(fā)送每個(gè)字符或字節(jié)的順序是從左到右(見(jiàn)圖1)：
最低有效位(LSB) . . . 最高有效位(MSB)
圖1 RTU模式中的位序列
通過(guò)配置，設(shè)備可以接受奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)或無(wú)校驗(yàn)。如果無(wú)校驗(yàn)，那么傳送一個(gè)附加的停止位來(lái)填充字符幀使其成為完整的11位異步字符(見(jiàn)圖2，圖3)：
圖2RTU模式中的位序列(無(wú)校驗(yàn)的特殊情況)
幀校驗(yàn)字段：循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)
幀描述：
圖3 RTU報(bào)文幀
最大Modbus RTU的幀為256個(gè)字節(jié)。
o ASCII 傳輸模式
當(dāng)使用ASCII(美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼)模式設(shè)置設(shè)備在Modbus串行鏈路上通信時(shí)，用兩個(gè)ASCII字符發(fā)送報(bào)文中的一個(gè)8位字節(jié)。當(dāng)通信鏈路或者設(shè)備不能滿足RTU模式的定時(shí)管理要求時(shí)，使用該模式。
由于每個(gè)字節(jié)需要兩個(gè)字符發(fā)送，所以這種模式比RTU模式效率低。
實(shí)例：將字節(jié)0X5B編碼為兩個(gè)字符：0x35和0x42(用ASCII表示的0x35 =“5”，0x42 = “B”)。
ASCII模式中每個(gè)字節(jié)(10位)的格式為：
編碼系統(tǒng)： 十六進(jìn)制，ASCII字符0-9、A-F
報(bào)文中每個(gè)ASCII字符含有1個(gè)十六進(jìn)制字符
每個(gè)字節(jié)的位：1個(gè)起始位
8個(gè)數(shù)據(jù)位，首先發(fā)送最低有效位
1個(gè)奇偶校驗(yàn)位
1個(gè)停止位
偶校驗(yàn)是要求的。也可以使用其它模式(奇校驗(yàn)、無(wú)校驗(yàn))。為了保證與其它產(chǎn)品的最大兼容性，建議還支持無(wú)校驗(yàn)?zāi)Ｊ?。默認(rèn)校驗(yàn)?zāi)Ｊ奖仨毷桥夹ｒ?yàn)。
使用無(wú)校驗(yàn)時(shí)要求2個(gè)停止位。
如何串行地傳送字符：
發(fā)送每個(gè)字符或字節(jié)的順序是從左到右(見(jiàn)圖4)：
最低有效位(LSB) . . . 最高有效位(MSB)
圖4 ASCII模式中的位序列
通過(guò)配置，設(shè)備可以接受奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)或無(wú)校驗(yàn)。如果無(wú)校驗(yàn)，那么傳送一個(gè)附加的停止位來(lái)填充字符幀(見(jiàn)圖5)：
圖5 ASCII模式中的位序列(無(wú)校驗(yàn)的特殊情況)
幀校驗(yàn)字段：縱向冗余校驗(yàn)(LRC)。
· Modbus公共功能碼定義，見(jiàn)下表。
· MODBUS TCP/IP
該Modbus通信實(shí)施指南版本1.0b由施耐德自動(dòng)化提供。這個(gè)文件的目的是為軟件開(kāi)發(fā)人員實(shí)現(xiàn)Modbus通信服務(wù)提供參考信息。這個(gè)文件給出了一個(gè)Modbus通訊服務(wù)實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)確、全面的描述。它的目的是為了使用Modbus通訊服務(wù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互操作性。所有的Modbus功能代碼的編碼見(jiàn)上表。
該Modbus通訊實(shí)施指南包含三個(gè)部分：
o 基于TCP / IP的MODBUS概述;
o MODBUS客戶端、服務(wù)器和網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)的功能描述;
o 建議對(duì)象模型的Modbus實(shí)現(xiàn)示例;
o Modbus TCP協(xié)議的對(duì)象消息規(guī)范;
o 用Modbus TCP的一個(gè)對(duì)象消息協(xié)議，用作半導(dǎo)體設(shè)備與材料協(xié)會(huì)(SEMI)傳感器總線網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)(NCS)的一個(gè)組件。
· 基于TCP/IP的Modbus應(yīng)用數(shù)據(jù)單元
圖6描述了Modbus TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行的Modbus請(qǐng)求或響應(yīng)的封裝。
圖6 TCP/IP上的Modbus的請(qǐng)求/響應(yīng)
在TCP/IP上使用一種專用報(bào)文頭來(lái)識(shí)別Modbus應(yīng)用數(shù)據(jù)單元。將這種報(bào)文頭稱為MBAP報(bào)文頭(Modbus應(yīng)用協(xié)議報(bào)文頭)。
與串行鏈路上使用的Modbus RTU應(yīng)用數(shù)據(jù)單元相比，這種報(bào)文頭有一些區(qū)別：
· 用MBAP報(bào)文頭中的單字節(jié)“單元標(biāo)識(shí)符”取代Modbus串行鏈路上通常使用的Modbus從站地址字段。這個(gè)“單元標(biāo)識(shí)符”用于經(jīng)由如網(wǎng)橋、路由器和網(wǎng)關(guān)等設(shè)備的通信，這些設(shè)備使用單個(gè)IP地址支持多個(gè)獨(dú)立Modbus終端單元。
· 用接收方可以驗(yàn)證報(bào)文結(jié)束的方式設(shè)計(jì)所有的Modbus請(qǐng)求和響應(yīng)。對(duì)于Modbus PDU有固定長(zhǎng)度的功能碼來(lái)說(shuō)，僅功能碼就足夠了。對(duì)于在請(qǐng)求或響應(yīng)中傳輸一個(gè)可變數(shù)據(jù)量的功能碼來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)字段包括字節(jié)數(shù)。
· 當(dāng)通過(guò)TCP傳輸Modbus協(xié)議時(shí)，即使將報(bào)文分成多個(gè)信息包來(lái)傳輸，需在MBAP報(bào)文頭上傳輸附加長(zhǎng)度信息，以便接收者能識(shí)別報(bào)文邊界。顯式和隱式長(zhǎng)度規(guī)則的存在以及CRC-32差錯(cuò)校驗(yàn)碼的使用(在以太網(wǎng)上)，使未檢出的請(qǐng)求或響應(yīng)報(bào)文的差錯(cuò)降至極低。
三、應(yīng)用案例
1.基于Modbus的SCADA
一家主要的美國(guó)釀酒公司需要把多個(gè)生產(chǎn)工藝連接在一起，并能夠在溫度超過(guò)60℃時(shí)操作不會(huì)失效。多臺(tái)控制器和生產(chǎn)機(jī)器需要進(jìn)行無(wú)縫連接，且要工作得很好。經(jīng)過(guò)廣泛的研究和測(cè)試后，該公司選擇了控制公司(Comtrol)的DeviceMaster-UP。
DeviceMaster UP的Modbus TCP版本為啤酒廠提供了一種靈活易用和高度可靠的解決方案?；旌狭薓odbus TCP、Modbus RTU和Modbus ASCII，控制器和生產(chǎn)機(jī)器需要彼此進(jìn)行通信。DeviceMaster UP無(wú)縫連接了所有這些系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了一起工作。
在生產(chǎn)過(guò)程中，每個(gè)瓶、罐和桶按照嚴(yán)格的規(guī)范進(jìn)行灌裝、標(biāo)記和編碼，有一個(gè)序列號(hào)和制造日期。然后把他們用碼垛機(jī)和包裝機(jī)進(jìn)行封裝。
每個(gè)生產(chǎn)機(jī)器的通信統(tǒng)計(jì)和診斷由DeviceMaster UP提供的嵌入式網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行監(jiān)視，確?？煽康墓S正常運(yùn)行時(shí)間和效率?？刂乒镜腄eviceMaster UP能夠提供優(yōu)越的接口、靈活性，并實(shí)現(xiàn)啤酒廠生產(chǎn)廠需要的功能。
啤酒廠使用DeviceMaster-UP產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)協(xié)調(diào)。本應(yīng)用案例提供了一種具有高性價(jià)比解決方案，為客戶解決了實(shí)際工作中遇到的具體問(wèn)題。
2.帝國(guó)大廈項(xiàng)目使用了Modbus RTU和Modbus TCP
江森控制公司與帝國(guó)大廈公司簽訂了合同：在世界最著名的辦公大樓執(zhí)行5億美元的升級(jí)計(jì)劃。這一綜合性節(jié)能改造項(xiàng)目的完成，可以作為世界各地商務(wù)辦公樓改造的一個(gè)范例。該項(xiàng)目包含了主要基礎(chǔ)設(shè)施的改善，窗戶翻新，提高冷卻設(shè)備和Metasys樓宇管理系統(tǒng)的效率，該系統(tǒng)包括為每個(gè)租戶的一個(gè)在線儀表板，幫助他們跟蹤和管理他們的能源使用情況。帝國(guó)大廈所有的租戶都有分戶計(jì)量，這種反饋/報(bào)告工具告知了租戶自己能源的使用情況。
作為該項(xiàng)目的一部分，江森控制來(lái)到現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)技術(shù)公司(FieldServer Technologies)尋求幫助，尋找一種鏈接設(shè)備來(lái)連接他們的Metasys樓宇管理系統(tǒng)，作為他們的租戶能源管理項(xiàng)目第一階段的一部分。許多FieldServer 3510系列網(wǎng)關(guān)用于接口，連接BFM136多路客戶端功率計(jì)，使用Modbus RTU連接Metasys前端。FieldServer是一個(gè)值得信賴的、經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的接口，這款產(chǎn)品與江森控制的合作超過(guò)了十年。
3510是一個(gè)多端口設(shè)備，使江森控制的許多Modbus RTURS-485串行線接到一個(gè)網(wǎng)關(guān)，再通過(guò)Modbus TCP連接到Metasys系統(tǒng)。因此，在這種情況下，他們只需要14 臺(tái)FS-B3510網(wǎng)關(guān)就連接200多臺(tái)功率計(jì)。這為整個(gè)建筑的眾多租戶提供了具有高性價(jià)比的解決方案。
帝國(guó)大廈改造完成的一年后，據(jù)報(bào)道，每年能源的使用減少了38%，如果按照能效進(jìn)行排名，它可以位列所有美國(guó)辦公樓的前25%。
網(wǎng)絡(luò)用于醫(yī)院水處理
為了監(jiān)測(cè)醫(yī)院水處理罐的水位，6臺(tái)SmartScan50連成一條RS485 Modbus網(wǎng)絡(luò)。
· 挑戰(zhàn)
客戶需要測(cè)量水位，并確定在處理過(guò)程中或之后什么時(shí)候?qū)γ總€(gè)罐進(jìn)行填充或清空。
? 存在輕的泡沫;
? 要求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。
· 解決方案
所以選擇SmartScan50用于項(xiàng)目，原因如下：
? SmartScan50是專為惡劣環(huán)境而設(shè)計(jì)，并能輕松克服輕泡沫問(wèn)題。
? SmartScan50支持最多為247臺(tái)的Modbus通信網(wǎng)絡(luò)。
6臺(tái)SmartScan50通過(guò)RS485 Modbus連接到監(jiān)控軟件。操作員可以使用觸摸屏面板查看水位的條形圖，啟動(dòng)或停止填充或清空過(guò)程，并能看到告警。每臺(tái)SmartScan50能激活兩個(gè)或三個(gè)繼電器報(bào)警，這取決于罐指示的高或低水位。
· 小結(jié)
SmartScan50是罐區(qū)液位測(cè)量的完美解決方案，基于它的Modbus功能，它可成功地運(yùn)行在惡劣的工業(yè)條件下。
4.填埋場(chǎng)的廢水管理
在今天行業(yè)和政府不斷增加監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境下，監(jiān)視和精確測(cè)量廢水水位的任務(wù)，對(duì)任何設(shè)施規(guī)范運(yùn)作都是至關(guān)重要的。
有效測(cè)量和收集數(shù)據(jù)的能力是一個(gè)問(wèn)題，不僅在資源管理，還要合規(guī)和問(wèn)責(zé)。
這使運(yùn)營(yíng)商面臨著一種選擇-- 他們必須找到一種方法滿足監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)，或者被迫關(guān)閉，直到他們能夠合規(guī)。
問(wèn)題
1.監(jiān)視分布在441平方英里填充地中多個(gè)井里的液體含量。
2.液位測(cè)量必須在地面以下125英尺出獲得。
3.操作時(shí)，站點(diǎn)必須滿足所有許可要求，并保持它的預(yù)算范圍內(nèi)。
4.土方機(jī)械干擾陸基線路。線路功率不能選擇。
5.監(jiān)視系統(tǒng)必須具有內(nèi)置認(rèn)可的數(shù)據(jù)記錄能力。
6.在遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)必須本地可用，本地的工作人員可派遣泵車到現(xiàn)場(chǎng)保持液體在要求的水平之內(nèi)。
設(shè)備成本
地表以下125英尺到填埋地山頂不同方案的比較：
· 遠(yuǎn)程供電無(wú)線調(diào)制解調(diào)器方案
太陽(yáng)能電池板 220美元×2
電池 200美元×2
充電控制器 180美元×2
I / O模塊 350美元×2
IP67外殼 100美元×2
裝配 200美元×2
模擬液位傳感器1200美元
井位無(wú)線調(diào)制解調(diào)器400美元
山上無(wú)線調(diào)制解調(diào)器400美元
安裝和部署 1600美元
總價(jià) =6100美元
· 邦納無(wú)線解決方案
DX80網(wǎng)關(guān) 719美元
DX80節(jié)點(diǎn) 719美元
DX81 FlexPower?電池電源145美元
QT50U-75390 626美元
數(shù)據(jù)無(wú)線電 495美元×2
安裝和部署 800美元
總價(jià) =3999美元
邦納在傳感器的開(kāi)發(fā)、電池供電無(wú)線系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)創(chuàng)建了一種簡(jiǎn)單的交鑰匙解決方案。
在仔細(xì)考慮了幾個(gè)系統(tǒng)之后，填埋場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商確定邦納的無(wú)線系統(tǒng)是能夠滿足所有標(biāo)準(zhǔn)的唯一解決方案，并能與站點(diǎn)已有的其他設(shè)備無(wú)縫共存。
在集成商的幫助下，他們創(chuàng)建了一個(gè)系統(tǒng)，可以從地下地獲取數(shù)據(jù)，并可使最終用戶在辦公桌上訪問(wèn)他們。
解決方案
1.在每口井頂一個(gè)電池供電的節(jié)點(diǎn)為無(wú)線電和超聲波模擬液位傳感器供電。
2.每個(gè)節(jié)點(diǎn)配備了由邦納開(kāi)發(fā)的專用低功耗4-20mA模擬液位傳感器。
3.一個(gè)10-30V DC電源為網(wǎng)關(guān)控制系統(tǒng)供電。
4.數(shù)據(jù)無(wú)線電和Modbus主控制器模塊提高了數(shù)據(jù)的便攜性。
5.紅獅的G3 HMI配有以太網(wǎng)接口可供多個(gè)用戶晝夜訪問(wèn)。
6.全向天線擴(kuò)展了網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的通信，可跨越小山覆蓋整個(gè)填埋場(chǎng)。
優(yōu)勢(shì)
1.沒(méi)必要制造盤(pán)柜。兩個(gè)螺絲即可固定邦納的無(wú)線設(shè)備。
2.高超的電源管理能力和內(nèi)部電池消除了長(zhǎng)距離布線。
3.大大降低了安裝成本。
4.所有邦納的無(wú)線設(shè)備是防水的，密封性符合IP67等級(jí)。
5.在必要時(shí)，可進(jìn)行簡(jiǎn)單的拆卸和/或重新連接。
6.邦納的無(wú)線設(shè)備使用標(biāo)準(zhǔn)的Modbus通訊協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的互操作性。
7.邦納的無(wú)線設(shè)備在一個(gè)盒子里結(jié)合了無(wú)線電和所有I / O，最小化部件和維修成本。
8.邦納的無(wú)線設(shè)備都有內(nèi)置的診斷屬性，發(fā)出報(bào)警之前就能完成關(guān)機(jī)，最大限度地減少停機(jī)時(shí)間。
9.邦納的SureCross無(wú)線系統(tǒng)具有完全可擴(kuò)展性，能適應(yīng)運(yùn)營(yíng)商填充和創(chuàng)造新井。
