Modbus的开发历程(有HoldStart)

其实很早就想写写关于Modbus的开发历程，但牵扯项目较多，不同语言版本较多，头绪繁杂，一时不知从何写起。最近的医疗项目的通信部分，重新调整为Modbus协议，并且内容几乎涵盖了Modbus的方方面面（Rtu/Tcp，Slave/Client相关开发），所以更坚定了写Modbus信心，今天忙里偷闲，以时间为序，以项目为纲，把Modbus相关开发经历一一道来。一、焦炉四大车通信系统（2002~2005）硬件平台：西门子PLC200操作系统：Win2000/XP1、主PLC与PC机的通信最早主PLC与PC机通信，采用自定义的协议，主PLC中做了一个类似木马的程序来响应PC机下发的读写V变量区的指令。这样就完成了PLC的读写操作。后来西门子PLC的开发软件进行了升级，提供了ModbusRtuSlave库，这样只要上位机实现ModbusRtuClient就可以直接读写PLC变量区了，之后用VB开发了Modbus相应的组件，这样很长一段内，该系统PC与主PLC就采用了Modbus的通信。前两年开发组态软件，所以西门子PPI协议顺礼成章也就知道了，当然PC与西门子采用PPI协议是最棒的，因为PLC中不需要写一行代码，也无需占用程序和变量空间。所以之后Modbus被放弃了，转而采用了PPI通信协议。2、主PLC与从PLC的通信（无线电台通信）刚开始主PLC与从PLC采用自定义协议，最早在首钢做实验的时候，只有四个从站，并且个数是唯一确定的，所以自定义协议用的很好，效率也很高；但是项目推广后，在其它现场有7个从站的，也有8个，9个的，不确定，并且从站要分组，此外通信传递内容也更多了，不光位置信息、推焦电流、推焦、平煤信号、连锁信号都要传递，最后选择了Modbus协议。但是使用Modbus有几个问题，第一西门子提供的ModbusSlave不支持广播命令，第二只提供了ModbusSlave程序，从PLC没有什么问题，但是主PLC却没有ModbusClient程序。对第一个问题，没有办法，不支持就算了，只要一个个来写。（注：后来的某一天，西门子MicroWIN开发环境突然出bug了，竟然看到了部分的西门子ModbusSlave源码，我在此基础上实现了可支持广播的ModbusSlave代码）。对第二个问题，只好老老实实的用西门子PLC语句表命令开发ModbusClient，只要实现3号和16号命令就可以了，还好，ModbusClient本身协议不难，难在PLC的运行机制和PC程序不同，PLC是大循环扫描的，等待数据返回时，不能直接等待，否则运行看门狗会超时，总之克服重重困难，终于开发出稳定可靠的ModbusClient程序，直到现在，现场的PLC通信仍采用该方式。附记：有人会问，为什么没有采用PPI协议，PLC本身就支持主和从协议啊？但太让人遗憾的是，PPI协议通信节奏太快，目前还没有无线电台（普通工业用）可以正常实现PPI协议通信。该焦炉四大机车相关介绍，可以参见我以前写的文章：=4055相关专利我开发的Modbus控件介绍我开发的PPI控件介绍二、ABPLC扩展模块ProSoftMVI56通信模块（2005年11月）在做济钢四车项目的时候，由于PLC采用的是ABRsLogix5000系列的PLC，上面的端口不支持自由口编程，无法读取我们定位标尺的数据，所以购买了与其合作的ProSoft公司专门生产第三方模块。ProSoft生产的模块有很多种，由于没有经验，很不幸，我们选择的是MVI56的模块，而这个模块却是全部自由编程，不含有任何默认协议。该模块典型的就是一个嵌入式系统，相当一个带三个串口的386的电脑，操作系统为小型的DOS系统（TINYDOS），用C＋＋为其开发程序。在开发完我们的红外定位标尺的读取程序后，顺便也开发一个ModbusRtuClient的程序，这样AB的PLC可以直接和Modbus的设备进行通信了。三、隧道广告影像系统（2004~2006）隧道广告影像系统的通信系统，采用12个通信子站（NetBoxII），刚开始并没有任何Modbus协议，直到有一天，客户提出要控制节目播放的次序、次数和播放时间，最后决定在地铁隧道里，添加一个西门子PLC200系统，由于设备早已安装完成，不可能为PLC布一个五六百米的通信线路，只好利用原通信线路，而最上层的通信为TCP，NetBoxII下一层才是485总线，所以NetBoxII当仁不让的成了通信桥的设备。但是，问题来了，上位机PC如何通过TCP与基于485的PLC进行通信？最后，决定西门子PLC中安装ModbusRtuSlave程序，实现一个标准Modbus设备，NetBoxII实现ModbusTcp到ModbusRtu的协议转换。也就是说，在NetBoxII中实现ModbusTcpSlave和ModbusRtuClient代码。这样用BC3.0，DOS平台下实现了ModbusTcp/Rtu协议转换功能，实现了上位机PC与PLC的通信的要求。隧道广告的相关介绍，可以参见我以前写的文章：四、嵌入式组态系统（2006年1月~至今）开发组态系统，自然而然的要实现各种通信协议的驱动，所以Modbus协议的开发不在话下。分别用EVC和VC实现了ModbusRtu/AscII/Tcp的Client通信协议驱动。嵌入式组态系统的相关介绍，可以参见我以前写的文章：://blog.csdn.net/yefanqiu/archive/2006/11/19/1396827.aspx五、LED影像系统（2006年12月~至今）目前关于通信这块代码还没有做，不过已决定用C#开发ModbusRtuClient程序和单片机开发的硬件设备进行通信（单片机中实现ModbusRtuSlave，这部分有专门的硬件工程师实现），通过Modbus的通信实现LED大屏各种参数的配置。LED系统相关介绍六、医疗系统（2007年6月~至今）目前这部分正在做，除红外通信板的ModbusRtuSlave用汇编实现外，其它的都用C#语言实现。七、ModbusRtu通信协议(3,16号命令)1、读取保持寄存器（单个和多个，以字为最小单位）发送命令帧：设备地址功能码地址H地址L数据量H数据量LCRCHCRCLAddr03HHoldStartDataNumCRC高位CRC低位帧长度：8个字节设备地址：1～247功能码：3H数据地址：0～65535具体范围与相关设备有关数量：1～65535(2的16次)具体范围与相关设备有关校验码：CRC16校验返回命令帧：设备地址功能码数据量数据1数据NCRCHCRCLAddr13H返回数据的字节数NData(1～N)CRC高位CRC低位帧长度：5＋N个字节设备地址：1～247功能码：3H数据量：实际的读取数据数量数据：返回数据的意义a＝HoldStartn=DataNum－1VWa（VBa）VWa（VBa+1）…VWa+n（VBa+n）VWa+n（VBa+n+1）Data（1）Data(2)…Data(N-1)Data(N)校验码：CRC16校验命令有误：1)没有任何返回2)返回异议帧设备地址功能码错误信息CRCHCRCLAddr183H一个字节的错误信息CRC高位CRC低位2、设置保持寄存器（多个，以字为最小单位）发送命令帧：设备地址功能码地址H地址L数据量H数据量L数据字节数具体数据CRCHCRCLAddr010HHoldStartDataNumbytN1～bytNCRC高位CRC低位帧长度：9＋bytN个字节设备地址：1～247功能码：10H数据地址：0～65535具体范围与相关设备有关数量：1～122具体范围与相关设备有关字节数：设置的字节个数bytN=DataNum×2数据：具体的字节数据校验码：CRC16校验返回命令帧：设备地址功能码地址H地址L数据量H数据量LCRCHCRCLAddr110HHoldStartDataNumCRC高位CRC低位帧长度：8个字节设备地址：1～247功能码：10H数据地址：0～65535具体范围与相关设备有关数量：1～122具体范围与相关设备有关校验码：CRC16校验命令有误：1）没有任何返回2）返回异议帧地址功能码错误信息CRCHCRCLAddr190H一个字节的错误信息CRC高位CRC低位八、一点总结编写通信相关的程序，其实协议和开发语言并不重要，重要的是对通信双方的通信设备的特点，性能要有充分了解，这样才能开发出可靠，高效的通信程序。