使用Mthing工具解耦Modbus問題

1摘要

在實(shí)際的工控應(yīng)用中，RS485總線上經(jīng)常會(huì)掛接多個(gè)設(shè)備，不同的設(shè)備的廠商可能不一致，一旦出現(xiàn)問題，就很難解耦是誰的問題。本文解釋一種簡(jiǎn)單的問題解耦方法，即學(xué)即精通。

2問題描述

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最多的總線就是RS485，RS485用到最多的協(xié)議就是modbus-rtu，不同的廠家都通過該總線和協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。這也存在一個(gè)問題，不同的廠家的，不同的技術(shù)人員水平參差不齊，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)問題，互相之間的扯皮自然少不了。

例如下圖中的系統(tǒng)，一個(gè)主機(jī)帶4個(gè)從機(jī)，數(shù)據(jù)無法讀取到，問題的解耦還是比較棘手。有沒有一種簡(jiǎn)單的方案，引入一個(gè)裁判，能夠簡(jiǎn)單快速解耦是哪一方的問題。

3知識(shí)科普

關(guān)于使用RS485的現(xiàn)場(chǎng)，需要先了解以下的知識(shí)：

1) 90%以上的RS485通信之間使用的是modbus-rtu協(xié)議，該協(xié)議全球通用；

2) RS485標(biāo)準(zhǔn)電平全球通用，只要標(biāo)注為RS485都可以互相連接，RS485輸出的電平是0~5V，是通過總線上A-B的差值判斷邏輯1還是邏輯0，A-B＞0標(biāo)示為邏輯1，A-B＜0標(biāo)示為邏輯0。

3) modbus-rtu 數(shù)據(jù)幀由地址、功能碼、數(shù)據(jù)和校驗(yàn)組成，不同的功能碼的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)不同。

Modbus RTU協(xié)議數(shù)據(jù)幀是沒有起始符和結(jié)束符,所以兩個(gè)數(shù)據(jù)幀之間需要靠時(shí)間間隔來區(qū)分。協(xié)議中規(guī)定信息幀發(fā)送至少要有3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓間隔。即在一個(gè)數(shù)據(jù)幀的最后一個(gè)字符傳輸完成之后,需要至少3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓標(biāo)定數(shù)據(jù)幀的結(jié)束,一個(gè)新的數(shù)據(jù)幀可在此停頓之后開始。

如果一個(gè)新消息在小于3.5個(gè)字符時(shí)間內(nèi)接著前個(gè)消息開始,接受的設(shè)備將認(rèn)為它是前一數(shù)據(jù)幀的延續(xù),這將導(dǎo)致CRC校驗(yàn)出錯(cuò)。同時(shí)整個(gè)數(shù)據(jù)幀必須作為一連續(xù)的流傳輸。如果在幀完成之前有超過1.5字符時(shí)間的停頓時(shí)間,接受設(shè)備將刷新不完整的數(shù)據(jù)幀從而認(rèn)為存在丟包現(xiàn)象。

那么一個(gè)字符是什么呢,他由1個(gè)bit起始位,8bit數(shù)據(jù)位,1個(gè)bit奇偶校驗(yàn)位（或者沒有檢驗(yàn)位，停止位變成2個(gè)）,1個(gè)bit停止位組成,在發(fā)送時(shí)從起始位開始。

4Mthings簡(jiǎn)介

Mthings主要是模擬Modbus設(shè)備，可以配置為主和從設(shè)備。

1) 模擬仿真上位機(jī)軟件，支持MODBUS主機(jī)讀寫功能。

2) 模擬仿真Modbus設(shè)備軟件，支持Modbus從機(jī)被動(dòng)讀寫功能。

3) 支持多設(shè)備、多通道并發(fā)運(yùn)行，無設(shè)備個(gè)數(shù)限制。

4) 支持持久化數(shù)據(jù)配置、無菜單設(shè)計(jì)，操作友好。

5) 支持MODBUS-RTU、MODBUS-ASCII、MODBUS-TCP。

6) 支持串口、TCP客戶端、TCP服務(wù)器（可接入多客戶端）、UDP單播。

7) 支持全鏈路報(bào)文監(jiān)控、存儲(chǔ)、分析。

8)支持豐富的鏈路丟包統(tǒng)計(jì)方法。

9) 支持?jǐn)?shù)據(jù)曲線錄波，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)極值和均值，并可導(dǎo)出所有數(shù)據(jù)。

10) 支持MODBUS數(shù)據(jù)配置模板導(dǎo)入導(dǎo)出。

11) 支持多種變化數(shù)據(jù)模擬方法。

12)支持?jǐn)?shù)據(jù)二次加工，界面呈現(xiàn)原始真實(shí)數(shù)據(jù)。

13) 支持良好的非標(biāo)協(xié)議適配。

14) 性能優(yōu)異，支持接入> 500設(shè)備節(jié)點(diǎn)，超20K數(shù)據(jù)點(diǎn)。

15) 永久免費(fèi)，免安裝，中文。

5解耦舉例

我以PLC和HMI通信為例，假設(shè)兩者無法正常通信，需要一個(gè)中間的裁判判定問題出在誰。解耦的步驟如下。

1) 將安裝有Mthings的PC使用USB轉(zhuǎn)485模塊和PLC連接。如下圖

2)本次實(shí)驗(yàn)要做的是通過電腦模擬RS485主站，PLC作為從站，使用Modbus-RTU協(xié)議。PLC端的配置如下：

3) Mthings配置PC為主機(jī)，地址和上述的PLC保持一致。

4) 配置串口的波特率信息，和PLC保持一致。

5) 配置需要訪問的寄存器地址。地址是plc真實(shí)的地址。

6)可以批量讀取PLC的數(shù)據(jù)，或者雙擊“數(shù)值”即可以訪問PLC，如下圖，訪問PLC的數(shù)據(jù)為123，和第一步的plc中的數(shù)據(jù)保持一致。這就證明了，PLC作為從站，是正常的，如何hmi和plc無法通信，則問題可以解耦到hmi身上。

6總結(jié)延伸

本文接受的使用mthings解耦RS485通信中的modbus通信故障方法，可以快速解耦和定位問題，對(duì)于用戶幾乎無需對(duì)modbus協(xié)議的知識(shí)，使用該工具有兩個(gè)好處：

1) 基本是配置式，用戶無需對(duì)modbus協(xié)議有較深的理解；

2) 可以利用pc機(jī)（或者筆記本）模擬主機(jī)和從機(jī)，可以快速解耦各個(gè)廠商之間的問題。

審核編輯：湯梓紅