浅谈Modbus工业总线在水泥行业中的应用

摘 要：本文讨论了modbus工业现场总线的拓扑结构，数据帧结构和差错校验算法，并结合水泥行业讨论了modbus总线的实际工程中的运用。

关键词：工业现场总线；modbus

中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 10-0186-01

一、工业现场总线技术概述

现场总线是在上个世纪80年代末、90年代初国际上发展形成的，发展初期的主要功能是将当时的可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，简称PLC）以一种较简洁的方式连接起来。但是，随着计算机技术引入PLC，计算机通信技术被引入现场总线；PLC功能的增强对现场总线提出了更高的要求，计算机通信技术的引入大大增强了现场总线的功能，成为现场总线技术发展的主要趋势。

二、Modbus总线协议概述

Modbus是由Modicon（现为施耐德电气公司的一个品牌）在1979年发明的，是世界范围内第一个真正应用在工业现场的总线协议，于1979年推出，现由IDA（分布式自动化接口）组织进行管理。Modbus不仅可应用在串行链路（RS-232/RS-485）上，还可应用于令牌环网（Modbusplus）、以太网（Modbus/TCP）上。在不断的发展和进步的过程中，Modbus已经逐渐被人们认可，并成为了真正意义上的工业自动化标准。据不完全统计，到2007年为止，已经有多于1000万个Modbus的节点被安装使用。伴随着工业自动化技术的发展以及Modbus协议的不断扩充完善，如今Modbus现场总线已经成为世界范围内应用最为广泛的现场总线之一。2008年，Modbus已经正式被批准成为我国工业自动化领域国家标准GB/T19582-2008《基于Modbus协议的工业自动化网络规范》。

Modbus是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多字节数字通信的系统，也被称为开放式、数字式、多点通信的底层控制网。现场总线属于控制网络的范畴，是构成网络控制系统的关键环节。

三、Modbus总线在水泥行业中的应用

袋装水泥是常见的一种水泥包装形式，其出厂包括装包，喷码，装车计数，运输等几个环节。在水泥厂中，存在有大量以PLC或者ARM为处理器的设备自动完成喷码和计数工作，但不具有通讯接口或者只具有RS-232/RS-485等传输距离较近的通信接口，需要人工现场操作，无法实现集中控制和远程控制。因此，Modbus总线在水泥行业具有极大的发展空间。

（一）Modbus总线的拓扑结构

Modbus总线具有Modbus/RTU传输模式和Modbus/TCP传输模式，分别适用于早期的RS-485设备和具有以太网TCP/IP接口的设备，其系统（二）Modbus协议的两种数据帧结构

因为Modbus总线具有Modbus/RTU传输模式和Modbus/TCP传输模式，当在Modbus串行链路上使用RTU模式通信时，报文中的1个字节（8bit）是由含有2个十六进制字符（4bit）构成。图2给出了Modbus/RTU模式下的报文帧格式，主要由地址域、功能码域、数据域和CRC校验组成。

MODBUS总线的另一种传输模式是modbus/tcp模式，这是一种固有的协议数据单元（PDU），底层通信无关，对于特定网络上的的Modbus应用数据单元（ADU），可以引入一些附加域（如附加地址域等）。Modbus/TCP实现时，在ModbusPDU之前附加MBAP报文头（Modbus应用协议报文头），图3所示为Modbus/TCP数据帧结构。Modbus/TCP帧结构中不包含CRC校验域，这是由于在TCP/IP协议中已经使用了CRC-32差错校验码，无需进行重复校验。

（三）Modbus总线的差错控制

Modbus协议的差错控制采用LRC校验和CRC校验，在发送方通过一定算法在原始数据上添加必要的校验信息，接收方接受到数据后通过同样的算法进行数据校验，以防止以数据在传输过程中产生的错误而引起误操作。

四、结论

通过Modbus总线，可以实现水泥行业中现场设备的远程控制和集中控制，使操作人员远离恶劣的现场环境，提高了企业运行效率，保障了员工的人身安全，提升了企业形象。

参考文献：

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