Modbus通讯问题引发的思考?

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有朋友在易维通匠说提问S7-1200与S7-200的Modbus通信问题，针对这问题，高级自动化工程师【北岛李工】编写技术文章对Modbus RTU通讯进行说明，希望对大家有帮助。北岛李工有丰富的PLC应用经验，工程师朋友们可进入工匠圈和李工多多交流。
来源：方正智芯
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用户问题@阿清sir（进入匠说参与讨论）：

问题补充说明：

由于通信涉及很多方面，李工只能根据提问者反馈的情况，猜测可能的问题原因。而当通信出现故障时，不同的情况遇到的问题可能不一样，无法一概而论。因此，最好的办法是做一个通信连载的教程，把整个流程梳理一遍。当你有了基本概念，再根据自己的实际情况，有针对性的查找原因会更简单些。


本章我们先简单介绍下Modbus的通信原理，然后介绍下例程中需要用的硬件及网络的拓扑结构。

Modbus RTU是一种主从通信协议，其物理层采用RS485网络。RS485的串行通信规程中规定应用数据单元（Application Data Unit，ADU）的最大长度为256个字节。在Modbus RTU协议中，从站地址占用1个字节，校验位占用2个字节，因此协议数据单元PDU（Protocol Data Unit）的最大长度为256-1-2=253字节。

在协议数据单元PDU中，功能代码占用1个字节，因此数据长度为0~252个字节。如下图：

图 MODBUS RTU ADU
Modbus通信协议的PDU包括三种：
1）Modbus请求PDU（Modbus Request PDU）；
2）Modbus应答PDU（Modbus Response PDU）；
3）Modbus异常应答PDU（Modbus Exception Response PDU）；
以功能代码“0x01”为例，其请求PDU的格式如下表：

图 MODBUS 请求PDU格式
其应答PDU的格式如下表：

图 MODBUS应答PDU格式
不同的功能码其数据长度的单位不同。位（bits）操作的功能码，其请求数据的长度以“位”为单位；字（WORD）操作的功能码，其请求数据的长度以“字”为单位；
比如：功能码0x01（读取线圈），其请求数据（线圈数量）是以“位（bits）”为单位的；而功能码0x03（读取保持寄存器），其请求数据（保持寄存器）是以“字（WORD）”为单位的；
Modbus通信协议规定了不同的参数地址，与PLC的CPU地址有一种对应关系。以S7-200 Smart为例，Modbus参数地址与CPU的地址的对应关系见下面的表格：

图 S7-200 Smart存储区与Modbus地址参数对照表
本例程主站采用S7-1200的PLC，从站采用S7-200 Smart的PLC。
1、硬件配置：
    1.1 主站：
        S7-1200 CPU1215C；
        CM1241-RS485；
    1.2 从站：
        S7-200 Smart CPU ST40；
2、通信任务：
        2.1  Modbus主站读取从站Modbus参数地址40001开始的10个字长的数据；
        2.2  Modbus主站将6个字长的数据写入到从站起始Modbus参数地址40011；
        2.3  Modbus主站读取从站Modbus参数地址10001开始的8个位的数据；
        2.4  Modbus主站将8个位写入到从站Modbus参数地址00001；

3、网络连接：
        主站的CM1241-RS485模块通过Profibus电缆连接到从站CPU ST40本体的RS485端口；为了监控和下载程序方便，可以用交换机将CPU ST40、CPU1215C和编程电脑PG/PC连接起来。整个网络拓扑图如下：

关于Modbus的通信原理及本例程的网络拓扑结构就介绍到这里，下一篇文章我们介绍Modbus主站CPU1215C的配置。


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