在衡器行業中，但凡涉及串行通信時，工程師們都會有一種無奈，就是通信協議問題。由于我國衡器廠眾多，各自采用自己的通信協議，使得通信協議五花八門，互不兼容。由于是自成一體，也為后續與其他系統聯網、維修、儀表配件互換等留有后遺問題。若采用一種工業控制領域的主流協議，各衡器廠的通信協議都與這個主流協議兼容，那么上述問題自然迎刃而解。這個主流協議* ModBus。

一、什么是 ModBus

ModBus 是一種通信協議，是由 Modicon 公司發表于 1979 年，主要用于 PLC（可編程邏輯控制器）系統。目前，在工業自動化設備通信連接中，ModBus 已是相當常見的一種連接方式。

二、ModBus 與其他通信協議比較

1、物理層簡單、價廉：ModBus 可以在常用且廉價的 RS232、RS485 等物理媒介上運行，不像CanBus、ProfiBus、BitBus 等需昂貴的芯片支持。

2、免費：ModBus 是一種公開的，可以無償使用的協議。而使用 ProfiBus 則需要向有關組織登記繳費。

3、使用普及：ModBus 是當前工業控制中使用廣的一種通信協議，基于這點，具有 ModBus的設備接入工控系統相對容易。

4、維護方便：由于接入 ModBus 總線相對其他工控總線而言，比較簡單。一般具有 RS232、RS485 等串行口的 PC 機都可以接入，使用 PC 機自帶的級終端軟件或其他串行控制軟件，就能觀察 ModBus 通信過程，可以很方便地查出故障站點。

三、ModBus 的主要型式

ModBus 主要有四種型式：ASCII、RTU、TCP/IP 和 Plus。

1、ASCII 型式：采用 ASCII 碼進行數據交換，使用縱向冗余校驗的校驗和（LRC）進行數據校驗。

2、RTU 型式：采用二進制碼進行數據交換，使用循環冗余校驗的校驗和（CRC）進行數據校驗。

3、TCP/IP 型式：主要用于以太網，不使用校驗和進行數據校驗。

4、Plus 型式：該型式為 Modicon 公司專有，采用專門的協處理器進行數據處理。

目前，使用廣泛的型式是 ASCII 和 RTU，主要采用 RS232、RS422、RS485 進行物理連接，其中 RS485 使用多。

四、ModBus 的結構

ModBus 協議是一個 master（主）/slave（從）架構的協議。有一個節點是 master 節點，其他使用 Modbus 協議參與通信的節點是 slave 節點。每一個 slave 設備都有一個的地址。ModBus 的通信比較簡單，由 master 發通信指令，指令中含有欲于之通信的 slave 站號。當 master 發指令時，所有 slave 都處于收聽狀態，一旦 slave 收聽到與自己地址相同的站號時，立刻執行指令的內容，并回傳執行的結果。

五、ASCII 型式的 ModBus 通信協議的格式

在 ModBus 上通信時，各站點的通信參數必須一致，如：波特率、奇偶校驗。

通信時，一個信息字節中的每 8 位分為兩個 ASCII 字符進行傳輸，允許字符傳輸間隔在 1 秒之內。

1、ASCII 型式每一字節的格式

16 進制編碼，ASCII 字符（0-9、A-F），即：0x30-0x39、0x41-0x46。

1 位開始位、7 位數據位（先低后高）、1 位奇偶校驗（無奇偶校驗時為 0）、1 位停止位。

2、數據錯誤校驗采用縱向冗余校驗（LRC）

3、通信幀格式（ModBus 命令格式）

一個基本的 ModBus 命令，除了開始、校驗、結束字符外，還必須有地址項及功能項。地址——也就是站號，想要被操作的對象（slave 站號）；功能——想要被操作的對象完成的任務。ModBus命令可以沒有數據項。

被操作的對象，在完成所要求的操作后，必須回傳一幀信息，傳遞操作結果。回傳信息的格式與命令格式相同，只是數據內容為操作的結果。

六、利用 ModBus，實現 PLC 與電子稱重設備的通信

為了使大家對 Modbus 有更進一步的了解，下面用例子方式說明如何把電子稱重設備接入 PLC控制系統的 Modbus 總線網絡。例子中的稱重儀表為上海彩信電子科技有限公司生產的 XK311增強型儀表。本例中，1 臺 PLC 作為主機（master），10 臺電子秤作為從機（slave），使用 XK311增強型儀表作為電子秤顯示儀表，從機地址為 70、71、72、....79。通過 RS485 連接 PLC 和各儀表，采用 ModBus ASCII 通信協議。PLC 可以對各臺儀表進行置零、去皮、讀取重量等多項操作。稱重系統示意圖如圖 1 所示，圖中的計算機是在系統調試時接入 RS485 總線的，用以觀察 RS485中傳輸的數據，正常工作時是移除的。

上述系統可實現以下功能：

1、正常工作時，PLC 每隔 10 秒輪詢一次，獲取每臺秤的重量。

2、當秤臺上重量異常時，PLC 會發出警告信息，提示控制室人員注意。

3、控制人員可以通過 PLC，對某臺秤發出置零、去皮等操作指令。

4、PLC 可對各臺秤的稱量，進行各項統計，生成必要的統計報表。

七、ModBus 與局域網互連

現在，很多 PLC 都具有局域網接口，通過該接口，就可以遠程控制稱重系統了。當然，也可以通過接在 Modbus 總線上的 PC 機，利用 PC 機的軟、硬件資源，編制相應的軟件，將重量信號傳送到局域網上。若局域網通過路由器接入因特網，很顯然重量數據就可以在因特網上傳輸了。本系統是通過 PLC 的 DH+網絡接入局域網的。當然，網絡部分使用的協議，* TCP/IP、NetBEUI。Modbus 也有相關的 TCP/IP 型式，這里就不再贅述了，大家可以參考相關的書籍。

上述的稱重系統只是 PLC 的一個子系統，是后期改造的一個項目。其整個 PLC 系統是采用美國 ROCKWELL 公司的 PLC，共有 5 臺 PLC 機箱（采用 PLC5 系列）、4 臺工控機和 2 臺服務器、若干臺 PC 組成的。PLC 采用 ROCKWELL 公司的 DH+網絡連接，使用 DF1 協議；其中 1臺 PLC 與稱重系統采用 RS485 連接，使用 Modbus 協議；DH+網絡通過 1 臺作為連接橋的工控機，連入局域網。工控機上的監控軟件是 RSVIEW32，操作人員通過該軟件的人機界面，觀察各項數據，發出各項指令，當然也包括稱重數據及指令。另外，局域網上的 PC 機也安裝了 RSVIEW32 軟件，只不過取消了操作指令，但可以通過該軟件觀察各項數據，便于其他相關人員關注設備運行情況。

八、結束語

本文簡單介紹了 ModBus 通信協議，例舉了電子秤采用 RS485 串行接口接入 PLC 系統，用ModBus 通信協議，實現與 PLC 的實時通信。由于水平有限，如有錯誤的地方，望諒解。

PLC 程序采用的是梯形圖，其中有對串行口進行操作的梯形圖，設置圖中的相關屬性，如波特率、奇偶校驗，把相關的 Modbus 操作命令寫入其中即可。有關 PLC 的編程請參閱 ROCKWELL 公司的《PLC5 指令系統與使用說明》。