前面介紹了Modbus串行總線，也提到了485/422的終端電阻問題，也出現(xiàn)了Profibus DP的影子，按工控現(xiàn)場的流行程度說，應(yīng)該講Profibus DP了，但想了想，既然從Modbus開始的，還是先講Modbus Plus吧。個(gè)人經(jīng)驗(yàn)里，Modbus Plus有點(diǎn)像操作系統(tǒng)里的Mac OS（蘋果電腦的操作系統(tǒng)）。功能豐富，使用簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，仔細(xì)學(xué)習(xí)，你會(huì)掌握所有網(wǎng)絡(luò)的基本的知識，而且還不覺得復(fù)雜，因?yàn)镸odicon把各個(gè)部分封裝的很好，資料也完整準(zhǔn)確，但是，不開放，能做Modbus Plus第三方設(shè)備的，沒那么幾家，也就Prosoft， Novatech…
大概使用Modbus Plus通訊，基本就這么幾步：按照要求接線，設(shè)定地址，配置通訊，處理數(shù)據(jù)。（貌似別的總線也是這樣嘛。。。）
Modbus Plus在RS485總線上以1Mbps的速率跑令牌總線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了確定時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)通訊，在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下還是非常不錯(cuò)的，基本上能夠滿足監(jiān)視和控制的要求，實(shí)際使用中，也能實(shí)現(xiàn)每秒2000寄存器（16bits）的通訊效率，上位實(shí)時(shí)監(jiān)控足夠了，而且因?yàn)橥ㄓ嵍际怯布谔幚?，不增加?jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)，在當(dāng)時(shí)的windows系統(tǒng)下，經(jīng)常是計(jì)算機(jī)都死機(jī)了，通訊還正常，害的我為了判斷計(jì)算機(jī)死機(jī)還要特別編程。
Modbus Plus還支持光纖等多種通訊介質(zhì)，可以組成比較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)：
圖1
Modbus Plus單個(gè)網(wǎng)段支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，單個(gè)網(wǎng)絡(luò)（就是說同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)如果超過32個(gè)節(jié)點(diǎn)要加中繼器）支持64個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以地址設(shè)定就是1~64，路由信息由五個(gè)字節(jié)組成，所以可以最多跨過4個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信…所以中繼器（repeater，只做信號增強(qiáng)，軟件上透明）網(wǎng)關(guān)（Gateway連接兩個(gè)Modbus Plus網(wǎng)絡(luò)，在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都有一個(gè)地址）、網(wǎng)橋（Net bridge，連接兩個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)，如Modbus Plus和Modbus）等概念都是會(huì)用到。舉例如下：
圖2
在計(jì)算機(jī)上使用時(shí)，還要注意每個(gè)計(jì)算機(jī)支持兩個(gè)Modbus Plus通訊卡，所以在軟件設(shè)置時(shí)還有個(gè)卡號設(shè)置，在老的計(jì)算機(jī)里還用中斷和內(nèi)存地址設(shè)置。
軟件上，有類似以太網(wǎng)端口的概念，叫path，可以區(qū)別同一節(jié)點(diǎn)里的不同通訊內(nèi)容，這些都在通訊的配置和編程中會(huì)用到。
Modbus Plus的故障排查也非常簡單，通過一個(gè)LED的閃爍頻率就可以判斷主要的故障：沒有接線，閃3次停一下，每秒六次快閃就是正常工作，其余見下圖：
圖3
對于一些電磁干擾引起的通訊不穩(wěn)定，可以通過驅(qū)動(dòng)工具或編程讀取各種網(wǎng)絡(luò)通訊數(shù)據(jù)來判斷。
圖4
總之，Modbus Plus是一個(gè)高效可靠、易于使用的現(xiàn)場總線，隨著Modicon PLC也曾經(jīng)在現(xiàn)場大量使用。不管什么原因，現(xiàn)在已經(jīng)用的越來越少了，究其原因，和大家在PLC標(biāo)準(zhǔn)中討論的類似，肯定是多方面的原因。開放和專用，也像微軟和蘋果公司的命運(yùn)一樣，各自起伏不定。作為一個(gè)工控人，可能工程師的意見對技術(shù)和市場的走向并不能起決定性的作用，但不管怎樣，不同的產(chǎn)品和技術(shù)，都會(huì)留給我們一個(gè)獨(dú)特的記憶。
從Modbus開始說現(xiàn)場總線（六）
前面介紹了Modbus和Modbus Plus，繼續(xù)介紹和Modbus相關(guān)的TCP-Modbus。這三種總線的應(yīng)用層協(xié)議都是Modbus，但通過不同的傳輸與機(jī)制和介質(zhì)的升級，一直使Modbus的字樣活躍在工業(yè)現(xiàn)場。
TCP-Modbus是運(yùn)行在TCP/IP上的Modbus 報(bào)文傳輸協(xié)議。通過此協(xié)議，控制器相互之間通過網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。和Modbus的關(guān)系如下圖。
熟不熟悉？驚不驚喜？前面出現(xiàn)過類似的圖了。
IANA（Internet Assigned Numbers Authority，互聯(lián)網(wǎng)編號分配管理機(jī)構(gòu)）給Modbus協(xié)議賦予TCP端口號為502，這在網(wǎng)關(guān)和防火墻設(shè)置時(shí)是必備參數(shù)。
TCP-Modbus也屬于開放協(xié)議，所以市面上的網(wǎng)關(guān)也很便宜，可以很容易的實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，尤其是和Modbus，基本上“脫了馬甲”（去掉TCP包頭）加上校驗(yàn)碼就可以了。幀格式如下圖（第一篇中已經(jīng)出現(xiàn)過了，復(fù)習(xí)一下。）
ModbusTCP數(shù)據(jù)幀：
事務(wù)處理標(biāo)識：一般每次通信之后就要加1以區(qū)別不同的通信數(shù)據(jù)報(bào)文。
協(xié)議標(biāo)識符：00 00表示TCP-Modbus協(xié)議。
長度：表示接下來的數(shù)據(jù)長度，單位為字節(jié)。
單元標(biāo)識符：設(shè)備地址（在很多軟件設(shè)置中叫Unit ID）。
ModbusTCP通信過程如下圖：
1.connect 建立TCP連接
2.準(zhǔn)備modbus報(bào)文
3.使用send命令發(fā)送報(bào)文
4.在同一連接下等待應(yīng)答
5.使用recv命令讀取報(bào)文，完成一次數(shù)據(jù)交換
6.通信任務(wù)結(jié)束時(shí)，關(guān)閉TCP連接
完整的TCP-Modbus通信過程是客戶機(jī)建立一個(gè)連接，向服務(wù)器發(fā)送3 個(gè)MODBUS請求，而不等待第一個(gè)請求的應(yīng)答到來。在收到所有的應(yīng)答后，客戶機(jī)正常地關(guān)閉連接。
TCP-Modbus的優(yōu)點(diǎn)是：
用戶可免費(fèi)獲得協(xié)議及樣板程序；
網(wǎng)絡(luò)實(shí)施價(jià)格低廉，可全部使用通用網(wǎng)絡(luò)部件；
易于集成不同的設(shè)備，幾乎可以找到任何現(xiàn)場總線連接到Modbus-TCP的網(wǎng)關(guān) ；
網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力強(qiáng)大，100M以太網(wǎng)的傳輸結(jié)果為：每秒4000個(gè)Modbus TCP報(bào)文，而每個(gè)報(bào)文可傳輸125個(gè)字(16bit)，故相當(dāng)于4000×125=500000個(gè)模擬量數(shù)據(jù)(8000000開關(guān)量！)；
缺點(diǎn)呢，就和Modbus一樣，傳輸?shù)氖羌拇嫫鞯闹担瑳]有定義數(shù)據(jù)的語義，所以讀來的大量數(shù)據(jù)需要一個(gè)一個(gè)和發(fā)送方核實(shí)處理，這在現(xiàn)代的控制系統(tǒng)里會(huì)帶來很大的工作量，設(shè)置也都是手工設(shè)置，不是面向?qū)ο蟮那度爰夹g(shù)，限制了其在大型系統(tǒng)中的使用效率。
來源/中華工控網(wǎng)工控論壇
