N80的Modbus RTU通信

通　信

    传统PLC在通信方面的应用相对比较单一和简单，大多数只是用来编程或者联单一设备而已，这都是不需要用户太多参与的。但现在不行了，HMI、变频器、多PLC组网、GPRS、互联网等，一方面设备智能程度越来越高了，另一方面FCS技术的推广使大家对于分布式控制有了全新的认识，在现实的控制环境中，许多都可以用小型PLC通过组网来实现，用基于网络的小型PLC来实现FCS得到了广大用户的认同，下面我们就通信的基础开始进行一些讲解。

20.1、通信基础：

    说到通信这里面包含了许多术语和基础知识，我们假定用户已对通信有了一些基本的了解。我们这里所提到的通信仅限于串行通信，对于串行通信，我们比较常见的是七层通信模型，在工业现场中，通常我们只会使用2~4层协议，当然也有一些现场总线的协议层次比较多，比方说LONWORKS等。其实层次的多少并不代表协议的优劣，只是协议制定方针对协议适应的范围和规模来设计的。

ISO七层模型

数据封装与层次结构

    在多数正在使用的现场总线或者工业网络中，比较常见的只有以下4层：

    1、物理层：

    物理层（physical layer）的主要功能是完成相邻结点之间原始比特流的传输。物理层协议关心的典型问题是

    a、  使用什么样的物理信号来表示数据“ 1”和“ 0”；

    b、  一位持续的时间多长；（波特率）

    c、  数据传输是否可同时在两个方向上进行；

    d、  物理接口（插头和插座）有多少针以及各针的用处。

    物理层的设计主要涉及物理层接口的机械、电气、功能和过程特性，以及物理层接口连接的传输介质等问题。

    我们平常所说的RS232、RS485其实都是物理层，而Modbus、ProfiBus都是建立在RS485这个物理层上的现场总线，串行通信中比较常用的包括全双工和半双工两种。

    全双工：在发送数据的同时可以接收数据，也就是发送和接收的数据线是独立的，比方说RS232就是全双工总线；

    半双工：发送与接收数据都是分离的，在同一时间只允许发送或者接收，也就是发送和接收的数据线是复用的，比方说RS485、以太网、CAN总线等。

    一般全双工只能用于端对端的通信方式，而半双工可以用于多站通信。

    2、数据链路层：

    数据链路层（data link layer）的主要功能是如何在不可靠的物理线路上进行数据的可靠传输。数据链路层完成的是网络中相邻结点之间可靠的数据通信。为了保证数据的可靠传输，发送方把用户数据封装成帧（frame），并按顺序传送各帧。由于物理线路的不可靠，因此发送方发出的数据帧有可能在线路上发生出错或丢失（所谓丢失实际上是数据帧的帧头或帧尾出错），从而导致接收方不能正接收到数据帧。为了保证能让接收方对接收到的数据进行正确性判断，发送方会为每个数据或数据块计算出校验码并加入到帧中，这样接收方就可以通过重新计算校验码来判断数据接收的正确性。一旦接收方发现接收到的数据有错，则可以丢掉这一错误帧或者要求发送方重传这一帧数据。数据链路层必需解决由于帧的损坏、丢失和重复所带来的问题。

    数据链路层的主要功能如下：

    a、  链路连接的建立，拆除，分离。

    b、 帧定界和帧同步，链路层的数据传输单元是帧，协议不同，帧的长短和界面也有差别，但无论如何必须对帧进行定界。

    c、  顺序控制，指对帧的收发顺序的控制。

    d、  差错检测和恢复，还有链路标识,流量控制等等.差错检测有很多种，比较常见的是字节的奇偶校验和帧数据的累加和校验、循环码CRC校验来检测信道上数据的误码。

    对应于现场总线来说这一层次是各层次中最重要的，也是大家最常打交道的，这一层有三个重要部分：

    站地址addr：区分各个站点的唯一标志；

    功能码fn：定义这一帧的命令功能或者数据的含义；

    校验码：校验的方式有很多种，有针对字节的奇偶校验，有针对帧数据的累加和和CRC等。

    3、用户接口层：

    有一部分现场总线定义了用户接口层，它定义了数据链路层与应用层之间的接口定义，包括数据的含义和偏移地址、长度等。

    4、应用层：

    应用层明确了具体数据的含义。

    20.2、N80通信功能：

    标准的n80带有一个RS232和一个RS485，两个口均支持编程、ModBus从站协议，RS485还支持ModBus主站协议和Free自由通信协议。 

    20.2.1、编程功能：

    N80的编程可以通过RS232和RS485的任一口进行，用户只需要注意PLC的波特率与电脑的波特率一致就行了，对于站地址，如果不清楚的，可以直接将站地址设为‘0’广播地址。

    如果通过RS485编程，则可以通过在PC的串口后加RS232与RS485的转换器再联接V80来实现。 

    20.2.2、ModBus通信协议：

    ModBus通信协议分为ASCII格式与RTU格式，目前V80支持RTU格式。

    ModBus通信协议包含主站协议和从站协议两部分，目前V80的RS232口支持从站协议，RS485支持主从两种协议。（用户如有特殊需要，可以利用V80的特殊功能位09934来切换COM1和COM2的功能，切换完后，软件中的COM1对应于硬件中的COM2，并可以使RS232带有ModBus主功能和Free功能）

    用户在使用V80的ModBus主功能和Free功能时需要注意特殊功能位09933的应用，09933是COM2的主站工作模式设置寄存器，默认情况下是Modbus主功能，如需要使用Free功能需要显意的在程序中将09933设为ON。

    ModBus是一种主从通信协议，其拓朴结构图如下：（采用RS485的情况下）

    整个ModBus是一个总线式的拓朴结构，从物理角度来说，不支持星形结构，分支要越短越好，所有的主从站均并联在同一条总线中，总线的两头各需要一组终端匹配电阻。

    注：RS485的终端电阻最好是三电阻结构，V80PLC内已带有终端电阻，需要用户按说明书把通信端子上对应的4个引脚进行联接，如32点和40点的，需要把COM2的1、2短接，3、4短接。如果总线的另一端不是V80，则需要用户自行按RS485标准接入正确的终端电阻（A与5V间为330欧姆电阻，B与GND地之间为330欧姆电阻，A、B之间为220欧姆电阻）。在没有终端电阻的情况下，在良好的环境中仍然可以正常通信，但在现场干扰比较大的情况下，因为没有终端电阻会使通信口上处于高阻的状态，从而使通信的稳定性大大降低。

    ModBus每一次的通信均由主站发起，因此主站没有站地址，但每个从站均有一个唯一的站地址，主站正是通过这个站地址来区分下面的从站。

    ModBus总线任一时间均只允许一个站发送数据，但允许多个站一起接收数据。

    N80作为ModBus从站通信：

    N80作为ModBus从站通信不需要做任何的编程，只需要设置好通信属性，包括速率、校验和站地址就可以了。

    N80作为ModBus主站通信：

    a、在Vladder软件中，选择串口初始化指令——SADDR指令，设置PLC的com2（或者com1、com3、com4，由用户自行选定）串口参数，波特率、奇偶校验位。停止位都与从站设为一至。

    b、下面的程序是编写了一个N80从另一个N80处通过ModBus现场总线读写数据的过程，在VaLadder软件有这个例程。

    01000是一个1秒的定时器，保证1秒钟进行一次读写通信。

第二个网络的M_BUS功能块是写操作，它将主站中变量类型为4的，地址偏移为1100的寄存器型变量（41100）写到站地址为’1’的从站中的变量类型为4的，偏移地址为1的寄存器型变量（40001）并且写16个字变量。

    第三个网络的M_BUS功能块是读操作，它与从站地址为5的从站进行读操作，变量类型为4的，地址偏移为10的寄存器型变量（40010）读到主站 的变量类型为4的，偏移地址为1000的寄存器型变量（41000）并且读了40个字变量。

    注：用户需要注意在实际的系统之中，有一部分厂商的设备地址偏移是从0开始的，而另一部分厂商的设备地址是从1开始的，比方说00001，在一部分设备中这代表第一个输出线圈，在有一部分的设备中这代表第二个输出线圈，用户在通信编程时需要注意这个问题。比方说取某些设备中的变量00010，在通信中的偏移有可能不一定是10，而是9，前面已提到这对于不同厂商对于ModBus协议的理解的支持是不一样的，这在后面的通信协议中还有更加详细的说明。V80为了便于用户使用和为了便于多台V80之间的互操作，将V80的内部变量定义都按ModBus协议定义，但V80在ModBus主站功能块上的操作中偏移量也与变量的定义一至，这样简化了用户的理解，使用户在多台V80这间通信时，不需要考虑类似于像读取变量00010时需要将偏移设为9的问题。

    在各种文本屏、触摸屏、HMI、组态软件中，也有这种情况，有一部分屏在选择偏移时，是从0开始的，有一部分屏是从1开始的，用户在使用时需要认真看说明书，或者试一下确定准确的操作方法。