常见通信协议的接口调试方法
版本号：1.0.1
发布时间：2012-2-4
1. Modbus
Modbus是一种工业领域通信协议标准，并且现在是工业电子设备之间相当常用的连接方式。
Modbus协议是一个Master/Slave架构的协议。有一个节点是Master节点，其他使用Modbus协议参与通信的节点是Slave节点。Master节点类似Client/Server架构中的Client，Slave则类似Server。工业上Modbus协议的常见架构如下图所示。
1.1. 应用场合
Modbus协议主要用于测风塔数据实时读取、风机数据实时读取。将来有可能用于集控系统中，读取各类数据和进行远程控制。
在清三营、长风风电场，莱维赛尔的测风塔使用ModbusRTU协议与功率预测系统通信。
在向阳风电场，明阳的SCADA服务器通过ModbusTCP协议向功率预测系统提供各风机的实时运行数据。
在乌力吉、浩日格吐、马力、前后查台等风电场，赛风的测风塔使用ModbusRTUoverTCP协议与功率预测系统通信。
1.2. Modbus数据模型
在Slave和Master进行通信时，Slave会将其提供的变量映射到四张不同的表上，Master从表中相应位置读/写变量，就完成了数据获取或命令下达。这四张不同的表，称作Modbus数据模型（ModbusDataModel）。
为了理解方便，这里将四张表分别称作1位只读表、1位可读可写表、16位只读表、16位可读可写表。（类似电力通信国标中的遥信、遥控、遥测、遥调。）1位表用来映射单比特数据类型的变量，通常是布尔型变量；16位表用来映射双字节数据类型的变量，如int16、float16等，如果希望映射int32、float32等四字节变量，可以通过一次使用16位表中的两个位置来实现。只读表用来映射Master只能读取的变量；可读可写表用来映射Master既可读取、又可改写的变量。
1位只读表 | |||||||
变量地址 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ... |
数据区域 （1个方格表示1bit） | ... | ||||||
1位可读可写表 | |||||||
变量地址 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ... |
数据区域 （1个方格表示1bit） | ... | ||||||
16位只读表 | |||||||
变量地址 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ... |
数据区域 （1个方格表示1bit） | ... | ||||||
16位可读可写表 | |||||||
变量地址 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ... |
数据区域 （1个方格表示1bit） | ... | ||||||
| windowsserver2012四个版本 | |||||||
例如，在某温度监视系统中，一部温度传感器与一台上位机通过Modbus总线进行通信，温度传感器是Server，上位机是Client。对温度传感器提供的变量做如下映射：
变量含义 | 数据类型 | 映射表 | 在映射表中的起始位置 | 高8位在前 | ||||||||
是否停止运行 | bool | 1位只读表 | 0 | - | ||||||||
有无故障 | bool | 1位只读表 | 2 | - | ||||||||
外部温度 | float32 | 16位只读表 | 1 | 否 | ||||||||
内部温度 | float32 | 16位只读表 | 3 | 否 | ||||||||
外部温度告警值 | float16 | 16位可读可写表 | 2 | 否 | ||||||||
内部温度告警值 | float16 | 16位可读可写表 | 4 | 否 | ||||||||
1位只读表 | ||||||||||||
变量地址 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ... | |||||
数据区域 （1个方格表示1bit） | 是否停止运行 | 有无故障 | ... | |||||||||
1位可读可写表 | ||||||||||||
变量地址 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ... | |||||
数据区域 （1个方格表示1bit） | ... | |||||||||||
16位只读表 | ||||||||||||
变量地址 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ... | |||||
数据区域 （1个方格表示1bit） | 外部温度 | 内部温度 | ... | |||||||||
16位可读可写表 | ||||||||||||
变量地址 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ... | |||||
数据区域 （1个方格表示1bit） | 外部温度告警值 | 内部温度告警值 | ... | |||||||||
再次说明，1位只读表、1位可读可写表、16位只读表、16位可读可写表等名称是本文档为了方便读者理解自拟的，在Modbus协议规范中有它们的正式名称。另外，不同厂商的设备/软件说明书中，对这四张表的称呼又有不同。
1位只读表 | 1位可读可写表 | 16位只读表 | 16位可读可写表 | |
Modbus协议规范 | DiscretesInput | Coils | InputRegisters | HoldingRegisters |
BachmannPLC | Disc | Coils | Regs | HRegs |
SiemensPLC | InputCoil | OutputCoil | InputRegister | OutputRegister HoldingRegister |
1.3. ModbusRTU、ModbusTCP与ModbusRTUoverTCP
Modbus协议有很多种变体，最常见的是ModbusRTU、ModbusTCP和ModbusRTUoverTCP。
为了能从众多Slave中唯一地标识出希望与其通信的Slave，需要知道Slave的地址。不同的变体对Slave地址的描述方式不同。对于ModbusRTU、ModbusTCP和ModbusRTUoverTCP，其硬件接口与对Slave地址的描述方式如下表：
硬件接口 | 是否需要指定SlaveId | 是否需要指定IP地址与TCP端口 | 其他需要指定的参数 | |
ModbusRTU | 串口 | 是 | 否 | 通信端口、波特率、数据位、校验方式、停止位 |
ModbusTCP | 网口 | 否 | 是 | 无 |
ModbusRTUoverTCP | 网口 | 是 | 是 | 无 |
1.4. 调试工具与调试方法
ModbusPoll和ModbusSlave是ModbusTools系列软件中的两个工具软件，可运行在Windows2000/XP/Vista/7平台。ModbusPoll可用于测试从Slave中实时读取数据。ModbusSlave是一款Slave模拟软件，可用于模拟出一个假想的Slave设备。
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