1 引言

　　Modbus 是工業通訊通用協議中的一種，已被眾多的廠商所支持并廣泛用于工業控制領域，并且也是諸多中國國家工業總線通訊gb標準之一。通過modbus協議，控制器相互之間、控制器經由網絡和其它設備之間通信實現監控。modbus作為一種通用工業標準，不同廠商生產的控制設備可以連成工業網絡，進行集中監控。

　　早期的車間自動化設備基于硬接線plc組建控制系統，雖然硬接線方式具有可靠、穩定的優點，但對于大規模自動化系統布線成本偏高。若采用modbus協議等通用工業標準，可減少plc模件使用量，縮減電纜費用，從而降低工程造價。本文結合工程實際，介紹modbus協議在空調控制系統中的應用。

　　2 電廠空調系統案例

　　2.1 modbus通訊協議簡介

　　modbus 通訊協議，是一種串行的、非同步的主從通訊協議，網絡中只有一個設備能夠建立協議，其它的設備只能通過提供數據響應主機的查詢，或根據查詢做出相應的動作。modbus協議定義了主機查詢的格式，其包括：主從機的編址方法(或廣播)，要求動作的功能代碼，傳輸數據和錯誤校驗等，或不能完成主機要求的動作，它將組織一個故障作為響應。modbus協議不需要特別的接口，典型的物理接口是rs485。在modbus通訊網絡中，一般可提供ascii、 rtu、plus、tcp/ip等通訊模式。在實際應用中，可以使用rs232、rs485/422、modem加電話線、以及tcp/ip來聯網。所以，modbus的傳輸介質種類較多，可以根據傳輸距離來選擇。

　　2.2 工程背景

　　某電廠設計有4套集中空調系統，配置了觸摸屏可就地控制，要求在暖通控制室遠程監控。每套空調配有西門子小型plc程控裝置，留有遠程硬接線接口，該plc帶有485接口，支持modbus協議，因此可通過通信方式實現機組的遠程監控。

　　暖通控制室距空調機組大約200米，因此可組建簡單方便、成本低的rs485/modbus網絡。采用modbus的rtu形式，這種接線方式為總線式拓樸結構，在同一總線上最多可以掛接32個結點。

　　考慮輔助控制系統plc設備統一性，選用羅克韋爾的1763-l16bwa處理器作為該rs485/modbus通訊網絡的主站，4個空調機組plc作從站，用一根對絞線電纜以總線方式把主站與從站連接起來，建立簡單的rs485/modbus通信網絡。1763-l16bwa帶有以太網接口，通過交換機與操作員站連接，便可在上位機對空調機組進行監控。

　　2.3 控制系統實現

　　當一個modbus-rtu主站想要從一臺從站得到數據的時候，這個主站會發送一條包含該設備地址、功能代碼、所需要數據以及一個用于檢測錯誤的求和校驗碼的信息。網絡上的所有其它從站都可以看到這一條信息，但是只有地址被指定的設備才會作出反應。

　　設備地址是一個從0到247的數字，空調系統plc從站地址可在就地觸摸屏進行設定。

　　功能代碼定義了從設備應該執行的命令，例如讀取數據、接受數據、報告狀態等等。功能代碼為從1到255的數字。

　　數據為讀取功能定義了在設備存儲器映射當中的地址，它包括被寫入設備存儲器的數據值，或是包括其它根據功能代碼的要求需要被執行的信息。

　　錯誤檢查是一個描述循環冗余校驗(crc)的16-bit數值。循環冗余校驗碼(crc)由主設備產生，并且由接收設備進行檢查。如果crc值不符，這個設備就會要求重新傳送訊息。在有些系統里面，還要對數據進行奇偶校驗。

　　當從設備執行了所要求的功能，它會返回一條訊息給主設備。這條返回的訊息包含了從設備的地址、所要求的功能代碼、所要求的數據以及一個錯誤檢查值。

　　讀取和寫入數據：modbus擁有最多255個功能代碼，但是01(讀取輸出量)、02(讀取離散輸入)、03(讀取保持寄存器)、04(讀取輸入寄存器)、05(寫入單一離散量輸出)以及06(寫入單一寄存器)是最為常用的讀寫功能代碼，這些代碼被用來從modbus從設備采集數據和向從設備發出指令。

　　本系統中從站已定義了modibus地址所代表的信息，通訊波特率為9600，偶校驗。這樣可以很容易的通過讀寫命令獲得空調機組狀態信息和向其發出指令。

　　2.4 工業總線工程經驗

　　在工程調試中我們會遇到各種各樣的問題，在此結合本工程作簡單的介紹。

　　(1) 要使用同一型號雙絞線。在本工程施工中，施工人員接線時由于通訊電纜長度預估不足，在連接3、4號從站時使用了另一型號雙絞線。在調試時發現不能讀寫數據，為排查問題做了大量工作，最后發現該問題，更換同一型號雙絞線后問題此解決，這給調試帶來額外的麻煩，既費時又費力。

　　(2) 雙絞線與485母口焊接要規范。在空調控制系統調試時遇到了兩芯線短路的現象，這可能也是廣大工程人員經常遇到的問題，測量雙絞線兩芯線無電壓，斷定必然存在短路，到就地拆下各從站接口查看，發現有兩個接口焊接不好，有外漏線芯連在一起造成短路，重新焊接后，檢測線纜電壓，在正常范圍內。

　　(3) 信號地連接。大多情況下，連接rs-485總線時只是用一對雙絞線將各個接口端連接起來。而忽略了信號地的連接，這種連接方法在許多場合是能正常工作的，但卻留下了一定的隱患。

　　(4) 在構建手牽手總線型網絡結構時，從總線到每個節點的引出線長度應盡量短，若通信距離較長或通信速率提高會造成信號質量下降。

　　以上幾點問題是工程實際經常遇到的問題，也是影響控制系統穩定運行的重要因素，處理好這些問題，保證通信系統的穩定、可靠運行。

　　2.5 案例評估

　　下面對比通訊方式和硬接線方式實現空調系統的遠程監控所需的設備材料(見表1)。

　　從表1我們可以看出硬接線方式的成本要比通訊方式高很多，可見通過通訊方式實現的遠程監控，降低了成本。

　　3 結束語

　　本案例說明了rs485/Modbus通訊方式的簡單易實現和低成本性，這種方式完全能夠滿足電廠部分輔助控制系統的需要，可推廣應用。文中還介紹了現場遇到的問題，希望能給工程技術人員以一定的幫助。