引言

　　現代工業(ye) 自動控製係統朝智能化、網絡化和開放式結構的方向發展。利用現場總線技術，將符合同一標準的各種智能設備統一起來，徹底實現整個(ge) 監測係統的分散控製，將提高係統集成度和數據傳(chuan) 輸效率、延長有效控製距離，並有利於(yu) 提高係統抗幹擾性能和擴展係統功能。在運動控製中，伺服電機以其響應速度快，控製精準等優(you) 點以被更多的客戶所選用。如果把總線通信與(yu) 伺服控製技術統一起來，將推動運動控製技術以及設備遠程監控技術的發展。MODBUS作為(wei) 一種通用的現場總線，已經得到很廣泛的應用，很多廠商PLC、智能I/O與(yu) A/D模塊具備MODBUS通訊接口。本文在闡述MODBUS通信協議的基礎上，構建了基於(yu) MODBUS的伺服電機運動控製。

1 MODBUS總線控係統的技術特征

　　MODBUS通訊協議是一種工業(ye) 現場總線通訊協議，它定義(yi) 的是一種設備控製器可以識別和使用的信息幀結構，獨立於(yu) 物理層介質，可以承載於(yu) 多種網絡類型中。MODBUS協議把通信參與(yu) 者規定為(wei) “主站”（Master）和“從(cong) 站”（Slave），數據和信息的通信遵從(cong) 主/從(cong) 模式，當它應用於(yu) 標準MODBUS網絡時，信息被直接傳(chuan) 送。MODBUS總線網絡中的各個(ge) 智能設備通過異步串行總線連接起來，隻允許一個(ge) 控製器作為(wei) 主站，其餘(yu) 智能設備作為(wei) 從(cong) 站。采用命令/應答的通信方式，主站發出請求，從(cong) 站應答請求並送回數據或狀態信息，從(cong) 站不能夠自己發送信息。MODBUS協議定義(yi) 的各種信息幀格式，描述了主站控製器訪問從(cong) 站設備的過程，規定從(cong) 站怎樣做出應答響應，以及檢查和報告傳(chuan) 輸錯誤等。網絡中的每個(ge) 從(cong) 設備都必須分配給一個(ge) 唯一的地址，隻有符合地址要求的從(cong) 設備才會(hui) 響應主設備發出的命令。

　　由於(yu) MODBUS總線係統開發成本低，簡單易用，並且現在已有很多工控器、PLC、顯示屏等都具有MODBUS通信接口，所以它已經成為(wei) 一種公認的通信標準。通過MODBUS總線，可以很方便地將不同廠商生產(chan) 的控製設備連成工業(ye) 網絡，進行集中監控。

　　MODBUS最初為(wei) PLC通信而設計，它通過24種總線命令實現PLC與(yu) 外界的信息交換。這些總線命令對應的通信功能主要包括AI/AO、DI/DO的數據傳(chuan) 送。但不是很多MODBUS設備的控製隻使用其中的幾條命令，對其餘(yu) 命令不做反應。

　　1.1 MODBUS通信格式

　　MODBUS協議定義(yi) 了兩(liang) 種傳(chuan) 輸模式，即RTU（Remote Terminal Unit）和ASCII。在RTU模式中，1字節的信息作為(wei) 一個(ge) 8位字符被發送，而在ASCII模式中則作為(wei) 兩(liang) 個(ge) ASCII字符被發送，如發送字符“20”時，采用RTU模式時為(wei) “00100000”，然而采用ASCII模式則成為(wei) “00110010”＋“00110000”（ASCII字符的“2”和“0”）。可見，發送同樣的數據時，RTU模式的效率大約為(wei) ASCII模式的兩(liang) 倍。一般來說，數據量少而且主要是文本時采用ASCII；通信數據量大而且是二進製數值時，多采用RTU模式。

　　數據格式：地址碼功能碼數據區錯誤校檢

　　數據長度：1字節1字節N字節16位CRC碼（冗餘(yu) 循環碼）

　　主站一次可向一個(ge) 或所有從(cong) 站發送通信請求（或指令），主設備通過消息幀的地址域來選通從(cong) 設備。主站發送的消息幀的內(nei) 容和順序為(wei) ：從(cong) 站地址、功能碼、數據域（數據起始地址、數據量、數據內(nei) 容）、CRC校驗碼；從(cong) 站應答的信息內(nei) 容和順序與(yu) 主站信息幀基本相同。MODBUS除了定義(yi) 通信功能碼之外，同時還定義(yi) 了出錯碼，標誌出錯信息。主站接收到錯誤碼後，根據錯誤的原因采取相應的措施。從(cong) 站應答的數據內(nei) 容依據功能碼進行響應，例如功能代碼03要求讀取從(cong) 站設備中保持寄存器的內(nei) 容。

MODBUS部分功能碼

　　功能碼定 義(yi) 操 作（二進製）

　　02讀開關(guan) 量輸入讀取一路或多路開關(guan) 量狀態輸入數據

　　01讀開關(guan) 量輸出讀取一路或多路開關(guan) 量輸出狀態數據

　　03讀寄存器數據讀取一個(ge) 或多個(ge) 寄存器的數據

　　05寫(xie) 開關(guan) 量輸出控製一路繼電器“合/分”輸出

　　06寫(xie) 單路寄存器把一組二進製數據寫(xie) 入單個(ge) 寄存器

　　10寫(xie) 多路寄存器把多組二進製數據寫(xie) 入多個(ge) 寄存器

　　1.2 CRC校驗的實現

　　MODBUS通信的RTU模式中，規定信息幀的最後兩(liang) 個(ge) 字節用於(yu) 傳(chuan) 遞CRC（Cyclic Redundancy Check，循環冗餘(yu) 校驗）碼。發送方將信息幀中地址域、功能碼、數據域的所有字節按規定的方式進行位移並進行XOR（異或）計算，即可得到2字節的CRC碼，並把包含CRC校驗碼的信息幀作為(wei) 一連續的流進行傳(chuan) 輸。接收方在收到該信息幀時按同樣的方式進行計算，並將結果同收到的CRC碼的雙字節比較，如果一致就認為(wei) 通信正確，否則認為(wei) 通信有誤，從(cong) 站將發送CRC錯誤應答。

　　RTU模式一般采用CRC-16冗餘(yu) 校驗方法，CRC-16的校驗碼為(wei) 16位（2字節），其中低字節在前，高字節在後。實現CRC校驗有兩(liang) 種方法：根據CRC校驗的定義(yi) 公式進行計算，或者在程序中建立CRC校驗值表。在程序中使用前者更容易實現，這裏需要使用CRC生成多項式X16＋X15＋X2＋1。該多項式對應的碼組係數為(wei) 18005H（16進製），去除最高位，對應的16位餘(yu) 數為(wei) 8005H，即為(wei) CRC-16常數。CRC-16校驗過程如下：將CRC寄存器的每一位預置為(wei) 1；把該寄存器值與(yu) 8bit的信息幀數據進行異或，結果存於(yu) 該寄存器；對CRC寄存器從(cong) 高到低進行移位，在最高位（MSB）的位置補零，而最低位（LSB，移位後已經被移出CRC寄存器）如果為(wei) 1，則把寄存器與(yu) CRC-16常數進行異或，否則如果LSB為(wei) 零，則無需進行異或。重複上述的由高至低的移位8次，第一個(ge) 8bit數據處理完畢，用此時寄存器的值與(yu) 下一個(ge) 8bit數據異或並進行如前一樣的8次移位。所有的字符處理完成後CRC寄存器內(nei) 的值即為(wei) 最終的CRC值。CRC添加到消息中時，先加入低字節，然後高字節。

　　1.3 鏈路特征

　　MODBUS標準的物理層可以采用RS-232串行通信方式，但在長距離通信中常采用RS-422或RS-485代替。在多點通信情況下隻采用RS-485方式，所以RTU模式下的MODBUS係統采用屏蔽雙絞線，通信距離可達1000m。一條總線上最多可配置31個(ge) 從(cong) 站設備。傳(chuan) 輸線上的信息交換是半雙工的，即同時隻能有一台設備允許發送信息，主站在發送下一條指令之前等待從(cong) 站回應，從(cong) 而避免了線路的衝(chong) 突。

　　RTU模式的傳(chuan) 輸格式是1個(ge) 數據位，2個(ge) 停止位，沒有奇偶校驗位。通信數據安全由控製參數CRC-16碼保證。RTU接收設備依靠接收字符間經過的時間判斷一幀的開始，如果經過3個(ge) 半的字符時間後仍然沒有新的字符或者沒有完成幀，接收設備就會(hui) 放棄該幀，並設下一個(ge) 字符為(wei) 新一幀的開始。