【摘 要】 本文介紹了在工業控制系統中廣泛使用的ModBus通信協議。以ModBus的ASCII方

式為例，剖析了ModBus的指令結構，著重說明基于ModBus通信協議的設備之間如何進行數據通

信、如何使用ModBus通信協議把衡器接入PLC系統，并簡單介紹了PLC系統與局域網的互聯。

在衡器行業中，但凡涉及串行通信時，工程師們都會有一種無奈，就是通信協議問題。由于我

國衡器廠眾多，各自采用自己的通信協議，使得通信協議五花八門，互不兼容。由于是自成一體，

也為后續與其他系統聯網、維修、儀表配件互換等留有后遺問題。若采用一種工業控制領域的主流

協議，各衡器廠的通信協議都與這個主流協議兼容，那么上述問題自然迎刃而解。這個主流協議首

推ModBus。

一、什么是ModBus

ModBus是一種通信協議，是由Modicon公司發表于1979年，主要用于PLC（可編程邏輯控

制器）系統。目前，在工業自動化設備通信連接中，ModBus已是相當常見的一種連接方式。

二、ModBus與其他通信協議比較

1、物理層簡單、價廉：ModBus可以在常用且廉價的RS232、RS485等物理媒介上運行，不像

CanBus、ProfiBus、BitBus等需昂貴的專用芯片支持。

2、免費：ModBus是一種公開的，可以無償使用的協議。而使用ProfiBus則需要向有關國際組

織登記繳費。

3、使用普及：ModBus是當前工業控制中使用最廣的一種通信協議，基于這點，具有ModBus

的設備接入工控系統相對容易。

4、維護方便：由于接入ModBus總線相對其他工控總線而言，比較簡單。一般具有RS232、

RS485等串行口的PC機都可以接入，使用PC機自帶的超級終端軟件或其他串行控制軟件，就能

觀察ModBus通信過程，可以很方便地查出故障站點。

三、ModBus的主要型式

ModBus主要有四種型式：ASCII、RTU、TCP/IP和Plus。

1、ASCII型式：采用ASCII碼進行數據交換，使用縱向冗余校驗的校驗和（LRC）進行數據

校驗。

2、RTU型式：采用二進制碼進行數據交換，使用循環冗余校驗的校驗和（CRC）進行數據校

驗。

3、TCP/IP型式：主要用于以太網，不使用校驗和進行數據校驗。

4、Plus型式：該型式為Modicon公司專有，采用專門的協處理器進行數據處理。

目前，使用最廣泛的型式是ASCII和RTU，主要采用RS232、RS422、RS485進行物理連接，

其中RS485使用最多。

四、ModBus的結構

ModBus協議是一個master（主）/slave（從）架構的協議。有一個節點是master節點，其他使

用Modbus協議參與通信的節點是slave節點。每一個slave設備都有一個唯一的地址。ModBus的

通信比較簡單，由master發通信指令，指令中含有欲于之通信的slave站號。當master發指令時，

所有slave都處于收聽狀態，一旦slave收聽到與自己地址相同的站號時，立刻執行指令的內容，并

回傳執行的結果。

五、ASCII型式的ModBus通信協議的格式

在ModBus上通信時，各站點的通信參數必須一致，如：波特率、奇偶校驗。

通信時，一個信息字節中的每8位分為兩個ASCII字符進行傳輸，允許字符傳輸間隔在1秒之

內。

1、ASCII型式每一字節的格式

16進制編碼，ASCII字符（0-9、A-F），即：0x30-0x39、0x41-0x46。

1位開始位、7位數據位（先低后高）、1位奇偶校驗（無奇偶校驗時為0）、1位停止位。

2、數據錯誤校驗采用縱向冗余校驗（LRC）

3、通信幀格式（ModBus命令格式）

一個基本的ModBus命令，除了開始、校驗、結束字符外，還必須有地址項及功能項。地址—

—也就是站號，想要被操作的對象（slave站號）；功能——想要被操作的對象完成的任務。ModBus

命令可以沒有數據項。

被操作的對象，在完成所要求的操作后，必須回傳一幀信息，傳遞操作結果。回傳信息的格式

與命令格式相同，只是數據內容為操作的結果。

六、利用ModBus，實現PLC與電子稱重設備的通信

為了使大家對Modbus有更進一步的了解，下面用例子方式說明如何把電子稱重設備接入PLC

控制系統的Modbus總線網絡。例子中的稱重儀表為上海彩信電子科技有限公司生產的XK315A1

增強型儀表。本例中，1臺PLC作為主機（master），10臺電子秤作為從機（slave），使用XK315A1

增強型儀表作為電子秤顯示儀表，從機地址為70、71、72、....79。通過RS485連接PLC和各儀

表，采用ModBus ASCII通信協議。PLC可以對各臺儀表進行置零、去皮、讀取重量等多項操作。

稱重系統示意圖如圖1所示，圖中的計算機是在系統調試時接入RS485總線的，用以觀察RS485

中傳輸的數據，正常工作時是移除的。

上述系統可實現以下功能：

1、正常工作時，PLC每隔10秒輪詢一次，獲取每臺秤的重量。

2、當秤臺上重量異常時，PLC會發出警告信息，提示控制室人員注意。

3、控制人員可以通過PLC，對某臺秤發出置零、去皮等操作指令。

4、PLC可對各臺秤的稱量，進行各項統計，生成必要的統計報表。

七、ModBus與局域網互連

現在，很多PLC都具有局域網接口，通過該接口，就可以遠程控制稱重系統了。當然，也可

以通過接在Modbus總線上的PC機，利用PC機的軟、硬件資源，編制相應的軟件，將重量信號傳

送到局域網上。若局域網通過路由器接入因特網，很顯然重量數據就可以在因特網上傳輸了。本系

統是通過PLC的DH+網絡接入局域網的。當然，網絡部分使用的協議，首推TCP/IP、NetBEUI。

Modbus也有相關的TCP/IP型式，這里就不再贅述了，大家可以參考相關的書籍。

上述的稱重系統只是PLC的一個子系統，是后期改造的一個項目。其整個PLC系統（見圖2）

是采用美國ROCKWELL公司的PLC，共有5臺PLC機箱（采用PLC5系列）、4臺工控機和2臺

服務器、若干臺PC組成的。PLC采用ROCKWELL公司的DH+網絡連接，使用DF1協議；其中1

臺PLC與稱重系統采用RS485連接，使用Modbus協議；DH+網絡通過1臺作為連接橋的工控機，

連入局域網。工控機上的監控軟件是RSVIEW32，操作人員通過該軟件的人機界面，觀察各項數據，

發出各項指令，當然也包括稱重數據及指令。另外，局域網上的PC機也安裝了RSVIEW32軟件，

只不過取消了操作指令，但可以通過該軟件觀察各項數據，便于其他相關人員關注設備運行情況。

圖2 PLC系統圖

八、結束語

本文簡單介紹了ModBus通信協議，例舉了電子秤采用RS485串行接口接入PLC系統，用

ModBus通信協議，實現與PLC的實時通信。由于水平有限，如有錯誤的地方，望諒解。

PLC程序采用的是梯形圖，其中有對串行口進行操作的梯形圖，設置圖中的相關屬性，如波特

率、奇偶校驗，把相關的Modbus操作命令寫入其中即可。有關PLC的編程請參閱ROCKWELL公

司的《PLC5指令系統與使用說明》。

關于XK315A1增強型儀表的ModBus協議及指令舉例，請看附錄。

附錄：

XK315A1增強型儀表的ModBus協議格式

首址：4個ASCII碼，讀寫數據的位置。

數據量：4個ASCII碼，讀寫數據的數量。

數據值：讀寫的數據。

校驗碼：2個ASCII碼，采用LRC校驗。

LRC校驗碼運算：報頭（：）不參與運算，LRC在數據之后，在\CR\LF之前。參加運算的是報

頭之后，LRC之前的所有數據。LRC為參加運算的數據之和的補碼，舍去進位。

當儀表執行指令出錯時，會回傳錯誤碼，并將功能碼的最高位置1。

錯誤碼：

 00--接收到的功能碼出錯；

 01--數據地址錯；

 02--數據數量錯；

 03--數據值錯，如：預置皮重大于最大稱量FS；

 04--稱量為負時去皮；

 05--不在稱重狀態時置零；

 06--稱量不穩定時置零；

 07--稱量>2%FS時置零；

 08--稱量<-2%FS時置零。

接下來以地址為78（16進制為4E）號的儀表為例，詳述每條指令。PLC作為master，發送指

令；電子秤儀表作為slave，接收指令，并回傳執行結果。

例中：站號4E，即78號；功能碼04表示要讀取重量數據；儀表的重量數據專門放置在重量

數據單元，其地址從0000到0006，共7個字節。其中0000：狀態數據；0001-0003：顯示值；0004-0006：

皮重值。讀取重量數據時，可以單獨讀，也可以2個一起讀或全部讀。首址0000表示從重量數據

的0000地址開始讀取；數據量0007表示共要讀取7字節數據；校驗碼A7表示校驗和LRC=A7。

當PC發出指令后，每個從站儀表都會接收，只有與指令中指定的站號相同的儀表，才會響應，

回傳所需信息。

78號地址的儀表，收到上述指令后，會回傳“：4E0407120003E70000CAE1\CR\LF”

其中“120003E70000CA”是PC想得到的78號站的重量信息。

12--狀態數據，表示當前顯示為正、重量穩定、顯示值是凈重，當前數據包含2位小數；

0003E7--顯示值，同狀態數據結合考慮，即：當前的顯示是凈重9.99kg；

0000CA--皮重值，即：當前的皮重是2.02kg。

數據校驗：所有被參與校驗的數據+校驗碼=0（舍去進位）。

 0x4E+0x04+0x00+0x00+0x00+0x07+0xA7=0x100，舍去進位1后，等于0，表示數

據檢驗正確。