使用Mthing工具解耦Modbus問題

1摘要

在實際的工控應用中，RS485總線上經(jīng)常會掛接多個設備，不同的設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。本文解釋一種簡單的問題解耦方法，即學即精通。

2問題描述

工業(yè)現(xiàn)場應用最多的總線就是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)議進行數(shù)據(jù)交互。這也存在一個問題，不同的廠家的，不同的技術人員水平參差不齊，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)，一個主機帶4個從機，數(shù)據(jù)無法讀取到，問題的解耦還是比較棘手。有沒有一種簡單的方案，引入一個裁判，能夠簡單快速解耦是哪一方的問題。

3知識科普

關于使用RS485的現(xiàn)場，需要先了解以下的知識：

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標準電平全球通用，只要標注為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標示為邏輯1，A-B＜0標示為邏輯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束符,所以兩個數(shù)據(jù)幀之間需要靠時間間隔來區(qū)分。協(xié)議中規(guī)定信息幀發(fā)送至少要有3.5個字符時間的停頓間隔。即在一個數(shù)據(jù)幀的最后一個字符傳輸完成之后,需要至少3.5個字符時間的停頓標定數(shù)據(jù)幀的結束,一個新的數(shù)據(jù)幀可在此停頓之后開始。

如果一個新消息在小于3.5個字符時間內接著前個消息開始,接受的設備將認為它是前一數(shù)據(jù)幀的延續(xù),這將導致CRC校驗出錯。同時整個數(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字符時間的停頓時間,接受設備將刷新不完整的數(shù)據(jù)幀從而認為存在丟包現(xiàn)象。

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

4Mthings簡介

Mthings主要是模擬Modbus設備，可以配置為主和從設備。

1) 模擬仿真上位機軟件，支持MODBUS主機讀寫功能。

2) 模擬仿真Modbus設備軟件，支持Modbus從機被動讀寫功能。

3) 支持多設備、多通道并發(fā)運行，無設備個數(shù)限制。

4) 支持持久化數(shù)據(jù)配置、無菜單設計，操作友好。

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

6) 支持串口、TCP客戶端、TCP服務器（可接入多客戶端）、UDP單播。

7) 支持全鏈路報文監(jiān)控、存儲、分析。

8)支持豐富的鏈路丟包統(tǒng)計方法。

9) 支持數(shù)據(jù)曲線錄波，統(tǒng)計數(shù)據(jù)極值和均值，并可導出所有數(shù)據(jù)。

10) 支持MODBUS數(shù)據(jù)配置模板導入導出。

11) 支持多種變化數(shù)據(jù)模擬方法。

12)支持數(shù)據(jù)二次加工，界面呈現(xiàn)原始真實數(shù)據(jù)。

13) 支持良好的非標協(xié)議適配。

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

15) 永久免費，免安裝，中文。

5解耦舉例

我以PLC和HMI通信為例，假設兩者無法正常通信，需要一個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485模塊和PLC連接。如下圖

2)本次實驗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，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，對于用戶幾乎無需對modbus協(xié)議的知識，使用該工具有兩個好處：

1) 基本是配置式，用戶無需對modbus協(xié)議有較深的理解；

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

審核編輯：湯梓紅