我的Modbus Slave/Client开发历程（Rtu/AscII/Tcp）
分类： 〖自动化〗2007-07-19 10:04 34038人阅读 评论(38) 收藏 举报
其实很早就想写写关于Modbus的开发历程，但牵扯项目较多，不同语言版本较多，头绪繁杂，一时不知从何写起。最近的医疗项目的通信部分，重新调整为Modbus协议，并且内容几乎涵盖了Modbus的方方面面（Rtu/Tcp，Slave/Client相关开发），所以更坚定了写Modbus信心，今天忙里偷闲，以时间为序，以项目为纲，把Modbus相关开发经历一一道来。
一、焦炉四大车通信系统（2002~2005）
硬件平台：西门子PLC200
操作系统：Win2000/XP
1、 主PLC与PC机的通信
最早主PLC与PC机通信，采用自定义的协议，主PLC中做了一个类似木马的程序来响应PC机下发的读写V变量区的指令。这样就完成了PLC的读写操作。
后来西门子PLC的开发软件进行了升级，提供了Modbus Rtu Slave库，这样只要上位机实现Modbus Rtu Client就可以直接读写PLC变量区了，之后用VB开发了Modbus相应的组件，这样很长一段内，该系统PC与主PLC就采用了Modbus的通信。
前两年开发组态软件，所以西门子PPI协议顺礼成章也就知道了，当然PC与西门子采用PPI协议是最棒的，因为PLC中不需要写一行代码，也无需占用程序和变量空间。所以之后Modbus被放弃了，转而采用了PPI通信协议。
2、 主PLC与从PLC的通信（无线电台通信）
刚开始主PLC与从PLC采用自定义协议，最早在首钢做实验的时候，只有四个从站，并且个数是唯一确定的，所以自定义协议用的很好，效率也很高；但是项目推广后，在其它现场有7个从站的，也有8个，9个的，不确定，并且从站要分组，此外通信传递内容也更多了，不光位置信息、推焦电流、推焦、平煤信号、连锁信号都要传递，最后选择了Modbus协议。
但是使用Modbus有几个问题，第一西门子提供的Modbus Slave不支持广播命令，第二只提供了Modbus Slave程序，从PLC没有什么问题，但是主PLC却没有Modbus Client程序。
对第一个问题，没有办法，不支持就算了，只要一个个来写。（注：后来的某一天，西门子MicroWIN开发环境突然出bug了，竟然看到了部分的西门子Modbus Slave源码，我在此基础上实现了可支持广播的Modbus Slave代码）。
对第二个问题，只好老老实实的用西门子 PLC 语句表命令开发Modbus Client，只要实现3号和16号命令就可以了，还好，Modbus Client本身协议不难，难在PLC的运行机制和PC程序不同，PLC是大循环扫描的，等待数据返回时，不能直接等待，否则运行看门狗会超时，总之克服重重困难，终于开发出稳定可靠的Modbus Client程序，直到现在，现场的PLC通信仍采用该方式。
附记：有人会问，为什么没有采用PPI协议，PLC本身就支持主和从协议啊？但太让人遗憾的是，PPI协议通信节奏太快，目前还没有无线电台（普通工业用）可以正常实现PPI协议通信。
该焦炉四大机车相关介绍，可以参见我以前写的文章：
http://www.gongkong.com/tech/example/detail_1.asp?id=4055
相关专利
http://www.cpsfu.com/C10B/2003/1456635.shtml
我开发的Modbus控件介绍
http://blog.csdn.net/yefanqiu/archive/2005/11/20/533315.aspx
我开发的PPI控件介绍
http://blog.csdn.net/yefanqiu/archive/2005/11/18/532256.aspx
二、AB PLC扩展模块ProSoft MVI56通信模块（2005年11月）
在做济钢四车项目的时候，由于PLC采用的是AB RsLogix5000系列的PLC，上面的端口不支持自由口编程，无法读取我们定位标尺的数据，所以购买了与其合作的ProSoft公司专门生产第三方模块。ProSoft生产的模块有很多种，由于没有经验，很不幸，我们选择的是MVI56的模块，而这个模块却是全部自由编程，不含有任何默认协议。
该模块典型的就是一个嵌入式系统，相当一个带三个串口的386的电脑，操作系统为小型的DOS系统（TINY DOS），用C＋＋为其开发程序。
在开发完我们的红外定位标尺的读取程序后，顺便也开发一个Modbus Rtu Client的程序，这样AB的PLC可以直接和Modbus 的设备进行通信了。
相关文章，请参见我以前写的文章：
http://blog.csdn.net/yefanqiu/archive/2005/11/20/533440.aspx
三、隧道广告影像系统（2004~2006）
隧道广告影像系统的通信系统，采用12个通信子站（NetBoxII），刚开始并没有任何Modbus协议，直到有一天，客户提出要控制节目播放的次序、次数和播放时间，最后决定在地铁隧道里，添加一个西门子PLC200系统，由于设备早已安装完成，不可能为PLC布一个五六百米的通信线路，只好利用原通信线路，而最上层的通信为TCP，NetBoxII下一层才是485总线，所以NetBoxII当仁不让的成了通信桥的设备。
但是，问题来了，上位机PC如何通过TCP与基于485的PLC进行通信？
最后，决定西门子PLC中安装Modbus Rtu Slave程序，实现一个标准Modbus设备，NetBoxII实现 Modbus Tcp到Modbus Rtu的协议转换。也就是说，在NetBoxII中实现Modbus Tcp Slave和Modbus Rtu Client代码。
这样用BC3.0，DOS平台下实现了Modbus Tcp/Rtu协议转换功能，实现了上位机PC与PLC的通信的要求。
隧道广告的相关介绍，可以参见我以前写的文章：
http://blog.csdn.net/yefanqiu/archive/2006/08/16/1074382.aspx
四、嵌入式组态系统（2006年1月~至今）
开发组态系统，自然而然的要实现各种通信协议的驱动，所以Modbus 协议的开发不在话下。
分别用EVC和VC实现了Modbus Rtu/AscII/Tcp的Client通信协议驱动。
嵌入式组态系统的相关介绍，可以参见我以前写的文章：
http://blog.csdn.net/yefanqiu/archive/2006/11/29/1419479.aspx
http://blog.csdn.net/yefanqiu/archive/2006/11/19/1396827.aspx
http://blog.csdn.net/yefanqiu/archive/2006/10/24/1348840.aspx
五、LED影像系统（2006年12月~至今）
目前关于通信这块代码还没有做，不过已决定用C#开发Modbus Rtu Client程序和单片机开发的硬件设备进行通信（单片机中实现Modbus Rtu Slave，这部分有专门的硬件工程师实现），通过Modbus的通信实现LED大屏各种参数的配置。
LED系统相关介绍
http://blog.csdn.net/yefanqiu/archive/2007/05/28/1627782.aspx
六、医疗系统（2007年6月~至今）
目前这部分正在做，除红外通信板的Modbus Rtu Slave用汇编实现外，其它的都用C#语言实现。
七、Modbus Rtu 通信协议(3,16号命令)
1、 读取保持寄存器（单个和多个，以字为最小单位）
发送命令帧：
|
设备地址 |
功能码 |
地址H |
地址L |
数据量H |
数据量L |
CRC H |
CRC L |
|
Addr0 |
3 H |
HoldStart |
DataNum |
CRC高位 |
CRC低位 |
||
帧 长 度：8个字节
设备地址：1～247
功 能 码：3H
数据地址：0～65535 具体范围与相关设备有关
数 量：1～65535 具体范围与相关设备有关
校 验 码：CRC16校验
返回命令帧：
|
设备地址 |
功能码 |
数据量 |
数据1 |
数据N |
CRC H |
CRC L |
|
Addr1 |
3 H |
返回数据的字节数N |
Data (1～N) |
CRC高位 |
CRC低位 |
|
帧 长 度：5＋N 个字节
设备地址：1～247
功 能 码：3H
数 据 量：实际的读取数据数量
数 据：返回数据的意义
a＝HoldStart
n= DataNum－1
|
VW a （VB a） |
VWa（VB a+1） |
… |
VW a+n（VB a+n） |
VWa+n（VB a+n+1） |
|
Data（1） |
Data(2) |
… |
Data(N-1) |
Data(N) |
校 验 码：CRC16校验
命令有误：
1) 没有任何返回
2) 返回异议帧
|
设备地址 |
功能码 |
错误信息 |
CRC H |
CRC L |
|
Addr1 |
83 H |
一个字节的错误信息 |
CRC高位 |
CRC低位 |
2、 设置保持寄存器（多个，以字为最小单位）
发送命令帧：
|
设备地址 |
功能码 |
地址H |
地址L |
数据量H |
数据量L |
数据字节数 |
具体 数据 |
CRC H |
CRC L |
|
Addr0 |
10 H |
HoldStart |
DataNum |
bytN |
1～bytN |
CRC高位 |
CRC低位 |
||
帧 长 度：9＋bytN 个字节
设备地址：1～247
功 能 码：10H
数据地址：0～65535 具体范围与相关设备有关
数 量：1～122 具体范围与相关设备有关
字 节 数：设置的字节个数 bytN= DataNum×2
数 据：具体的字节数据
校 验 码：CRC16校验
返回命令帧：
|
设备地址 |
功能码 |
地址H |
地址L |
数据量H |
数据量L |
CRC H |
CRC L |
|
Addr1 |
10 H |
HoldStart |
DataNum |
CRC高位 |
CRC低位 |
||
帧 长 度：8 个字节
设备地址：1～247
功 能 码：10H
数据地址：0～65535 具体范围与相关设备有关
数 量：1～122 具体范围与相关设备有关
校 验 码：CRC16校验
命令有误：
1） 没有任何返回
2） 返回异议帧
|
地址 |
功能码 |
错误信息 |
CRC H |
CRC L |
|
Addr1 |
90 H |
一个字节的错误信息 |
CRC高位 |
CRC低位 |
八、一点总结
编写通信相关的程序，其实协议和开发语言并不重要，重要的是对通信双方的通信设备的特点，性能要有充分了解，这样才能开发出可靠，高效的通信程序。
我的Modbus Slave/Client开发历程（Rtu/AscII/Tcp）