牛 崢，張遠(yuǎn)霞，張東海，宋利峰

（1.中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司廣州局，廣東 廣州 510670； 2.云南兆富科技有限公司，云南 昆明 660214）

1 Modbus 監(jiān)控總線特點(diǎn)

Modbus 監(jiān)控總線廣泛應(yīng)用于智能儀器儀表、智能監(jiān)控高低壓、繼電器、變送器、可編程微機(jī)控制器、人機(jī)交互界面、變頻器、現(xiàn)場(chǎng)以及智能監(jiān)控設(shè)備等諸多應(yīng)用領(lǐng)域[1]。Modbus 與其他現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線和其他工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相比，具有以下顯著特點(diǎn)。

1.1 服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放

注冊(cè)用戶(hù)完全可以隨時(shí)免費(fèi)安全放心地下載使用oomodbus 協(xié)議，不用擔(dān)心繳納開(kāi)發(fā)許可證等費(fèi)用，不會(huì)擔(dān)心涉及其中侵犯任何知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

1.2 產(chǎn)品應(yīng)用廣泛

凡在rmodbus 各種協(xié)議連接設(shè)備上具有prs232/485接口的，均可以直接使用本公司產(chǎn)品，并可實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線上的profibus 的接口互連。例如，各種具有acmodbus 協(xié)議傳輸接口的智能變頻器、智能設(shè)定高低壓的變電器、電機(jī)緊急啟動(dòng)安全保護(hù)裝置、電量自動(dòng)測(cè)量管理裝置、智能現(xiàn)場(chǎng)電力測(cè)量管理設(shè)備以及各種電力變送器及測(cè)量?jī)x表等。

1.3 Modbus 協(xié)議可以同時(shí)支持較多不同類(lèi)型的物理電氣總線接口

Modbus 電氣總線接口協(xié)議可以采用物理主站，也是查詢(xún)從屬主站的一種方式，如圖1 所示。

1.4 Modbus 的視頻幀編碼具有優(yōu)勢(shì)

Modbus 的視頻幀編碼格式較為簡(jiǎn)單、緊湊、規(guī)范，易于在線傳輸且通俗易懂。用戶(hù)下載使用容易，廠商合作開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單。用戶(hù)不必過(guò)分了解產(chǎn)品profibus 和prmodbus 的所有技術(shù)細(xì)節(jié)，只需仔細(xì)參考產(chǎn)品說(shuō)明使用手冊(cè)和網(wǎng)上提供的各種應(yīng)用程序?qū)嵗?，按用?hù)要求快速完成系統(tǒng)配置，不需要復(fù)雜的軟件編程，即可在短時(shí)間內(nèi)輕松實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備間的快速連接和通信。

圖1 Modbus 協(xié)議同時(shí)支持多種不同類(lèi)型的物理電氣總線接口

1.5 透明通信映射連接通信

數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)端和用戶(hù)之間通信可以直接依照在點(diǎn)與點(diǎn)或profibus 之間透明通信數(shù)據(jù)連接點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)的各個(gè)分區(qū)和在點(diǎn)與點(diǎn)或Modbus 之間透明通信數(shù)據(jù)連接點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)的各個(gè)分區(qū)的透明連接映射進(jìn)行通信連接關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了在點(diǎn)與profibus 之間連接數(shù)據(jù)到點(diǎn)和點(diǎn)與Modbus之間的透明通信連接數(shù)據(jù)透明化的連接映射通信。

Modbus 通信協(xié)議協(xié)議是一種新型工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用總線通信協(xié)議。它預(yù)先定義的結(jié)構(gòu)是一種電子設(shè)備或微控制器系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)識(shí)別和控制使用的網(wǎng)絡(luò)信息幀傳輸結(jié)構(gòu)，獨(dú)立于物理層面的介質(zhì)，可以同時(shí)承載多種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)傳輸類(lèi)型。Modbus 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議把雙向通信中的參與者按照規(guī)定區(qū)分為主地從站（master）和從地主站（slave）[2]。數(shù)據(jù)和視頻信息的雙向通信方式遵從一個(gè)主、從站模式，當(dāng)它們被應(yīng)用于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的Modbus協(xié)議網(wǎng)絡(luò)時(shí)，信息被直接雙向傳送。Modbus 串行總線連接網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的各個(gè)總線智能電子設(shè)備均可通過(guò)一個(gè)異步的或串行總線連接起來(lái)，只是僅允許一個(gè)智能控制器設(shè)備作為主站，其余各個(gè)智能電子設(shè)備均可作為從屬主站。采用主站命令、應(yīng)答的自動(dòng)通信發(fā)送方式，主站自動(dòng)發(fā)出請(qǐng)求，從而主站自動(dòng)應(yīng)答服務(wù)請(qǐng)求并及時(shí)送回服務(wù)數(shù)據(jù)或從站狀態(tài)等信息。Modbus 報(bào)告協(xié)議是自定義的各種報(bào)告信息幀傳輸格式，描述了從戶(hù)主站服務(wù)控制器自動(dòng)訪問(wèn)從站用戶(hù)設(shè)備的整個(gè)過(guò)程，規(guī)定從戶(hù)主站怎樣及時(shí)做出報(bào)告應(yīng)答、響應(yīng)以及如何檢查和修正報(bào)告信息傳輸中的錯(cuò)誤等。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的每個(gè)從終端設(shè)備都必須自動(dòng)分配數(shù)據(jù)給一個(gè)唯一的網(wǎng)絡(luò)地址，只有一個(gè)符合唯一地址分配要求的從終端設(shè)備才有機(jī)會(huì)自動(dòng)響應(yīng)主機(jī)從設(shè)備直接發(fā)出的網(wǎng)絡(luò)命令。

2 Modbus 協(xié)議的變頻風(fēng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)

Modbus 最初為實(shí)現(xiàn)PLC 總線通信而設(shè)計(jì)，通過(guò)24 種信息總線通信命令集實(shí)現(xiàn)通過(guò)PLC 與周?chē)饨绲母鞣N信息總線交換。這些通用總線通信命令集所對(duì)應(yīng)的總線通信處理功能，主要包括對(duì)ai/ao、di/do 的總線數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送。

由于新的Modbus 系列總線通信系統(tǒng)技術(shù)開(kāi)發(fā)成本低、簡(jiǎn)單、快捷、易用，且現(xiàn)在很多電子工業(yè)的微控制器、PLC、變頻器和顯示屏等都必須具有一個(gè)Modbus 通信接口，所以它已經(jīng)發(fā)展成為一種國(guó)際公認(rèn)的總線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[3]。通過(guò)連接Modbus 的4 個(gè)總線，可以方便地將不同生產(chǎn)廠商設(shè)計(jì)生產(chǎn)的自動(dòng)控制器等設(shè)備直接連成一個(gè)工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，以便進(jìn)行集中自動(dòng)監(jiān)控。

本文基于Modbus協(xié)議的變頻風(fēng)機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)[4]： 穩(wěn)定性較好且簡(jiǎn)單易行，易批量生產(chǎn)；開(kāi)發(fā)成本低；易于形成網(wǎng)絡(luò)，方便監(jiān)控并延長(zhǎng)了系統(tǒng)的控制距離；簡(jiǎn)化了操作系統(tǒng)的軟硬件，并且可實(shí)時(shí)自動(dòng)識(shí)別獲取各不同類(lèi)型直流變頻器的實(shí)際運(yùn)行工作狀態(tài)，包括逆變電機(jī)靜態(tài)運(yùn)行旋轉(zhuǎn)溫度自動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)行旋轉(zhuǎn)速度自動(dòng)參數(shù)以及故障報(bào)警狀態(tài)自動(dòng)報(bào)警等；主站變壓控制器與從屬主站變壓調(diào)頻器之間的變頻連接只有2 根變頻通信線，減少了通信線路之間連接的網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)工作的可靠性。

3 Modbus 協(xié)議的變頻風(fēng)機(jī)的缺點(diǎn)

Modbus 通信對(duì)于硬件要求不高，適用設(shè)備多，因此廣受歡迎，但是其缺點(diǎn)也很明顯，如技術(shù)滯后性高?；贛odbus 協(xié)議的變頻風(fēng)機(jī)通常具有如下缺點(diǎn)[5]：

（1）調(diào)速電機(jī)，調(diào)速有PID 回路，PID 的輸出值必須等到輪詢(xún)到該站點(diǎn)時(shí)才能寫(xiě)入該變頻器，具有明顯的滯后性。

（2）如果有一個(gè)站通信故障，Modbus 功能塊會(huì)不停嘗試連接，直到看門(mén)狗時(shí)間到，這對(duì)輪詢(xún)來(lái)說(shuō)是個(gè)致命打擊。

（3）變頻器狀態(tài)字節(jié)不連續(xù)，變頻器Modbus 讀回的頻率、電流以及變頻器端子輸入信號(hào)狀態(tài)相隔的字節(jié)數(shù)較遠(yuǎn)，可能一個(gè)站點(diǎn)需要2 次讀取，不僅占用輪詢(xún)時(shí)間，還會(huì)導(dǎo)致編程復(fù)雜。