摘 要：阐述了MODBUS协议RTU模式的通讯机制，并详细介绍了CRC16校验码的生成步骤。利用三菱Q系列PLC丰富的编程功能和串行通信智能模块，通过RS485总线与MT-51流量显示仪进行通讯，实现对多路质量流量计可靠控制。

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    1 Modbus协议简介  

    Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准，有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。

    在Modbus网络上，当控制器设为以RTU（远程终端单元）模式通信，在消息中的每8位的字节包含两个4位的十六进制字符。这种方式的主要优点是：在同样的波特率下，可比ASCII方式传送更多的数据。

    在RTU模式下每个字节的格式：

    ·8位二进制，以十六进制数0...9，A...F来表示。

    每个字节的位

    ·1个起始位

    ·8个数据位，最低的有效位先发送    

    ·1个奇偶校验位，无校验则无

    ·1个停止位（有校验时），2个Bit（无校验时）

    ·CRC（循环冗长校验）

    使用RTU模式，消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始。传输的第一个域是设备地址。网络设备不断侦测网络总线，包括停顿间隔时间内。当第一个域（地址域）接收到，每个设备都进行解码以判断是否发往自己的。在最后一个传输字符之后，一个至少3.5个字符时间的停顿标定了消息的结束。一个新的消息可在此停顿后开始。   

    一典型的消息帧如下所示：

    

    2 质量流量计

    本项目应用中，采用的是汇博隆公司MT-51流量显示仪，通过RS485接口与PLC通讯。实现对5台AE公司的质量流量计的监控。通讯设定如表1所示。

    

    RS-485是面向网络的一种接口标准，一对传输线上可以接多至32个接收器。在此网络上，PLC作为主控制器，发送查询命令，而MT-51流量显示仪作为从控制器，当从控制器接收到主控制器的查询消息，它将建立一从控制器回应格式并返回给发送的主控制器，以回应PLC的查询。例如：

    PLC读取设备号为1的质量流量计瞬时流量值，PLC发送查询命令01030010000185CF（16进制数据流）。01－设备号；03－功能代码（读命令）；0010－寄存器起始地址；0001－字长；85CF－CRC16校验码。

    MT-51流量显示仪将回应查询，返回0103020064B9AF（16进制数据流）。01－设备号；03－功能代码（读命令）；02－字节数；0064－是用0000~0FFF（十六进制）表示的瞬时值，0000表示关闭，0FFF表示满度流量；B9AF－CRC16校验码。

    3 CRC16校验[1]    

    使用Modbus协议RTU模式，消息包括了一基于CRC16算法的错误检测域。CRC16域检测了整个消息的内容。CRC16域是两个字节，包含一16位的二进制值。它由发送控制器计算后加入到消息中。接收控制器重新计算收到消息的CRC16校验码，并与接收到的CRC16域中的值比较，如果两值不同，则有误。

    计算CRC16校验码的步骤为：

    1）预置16位的寄存器为16进制的FFFF（即全为1），称此寄存器为CRC16寄存器；

    2）将第一个8位数据与16位CRC16寄存器的低位相异或，把结果存放在CRC16寄存器；

    3）并把寄存器的内容右移一位（朝低位），用0填补最高位，检查移出的最低位的值；

    4）如果值为1，将CRC16寄存器的内容与16进制常量A0001相异或，并把结果存放在CRC16寄存器；

    5）重复步骤3和4，直至右移8次，整个8位数据全部处理完；

    6）重复步骤2到步骤5，进行下一个8位数据的处理；

    7）当所有数据处理完成后，最终得到的CRC16寄存器的值就是CRC16校验码。

    4 PLC参数设置与软件实现

    在本项目应用中，利用三菱Q系列高性能PLC[2][3]的QJ71C24-R4串行通信智能模块通过RS485总线与MT-51流量显示仪进行通讯，实现对AE公司质量流量计数据的采集和控制量输出。

    4.1 开关设置[4][5]

    如图1开关设置所示：开关1和开关2是QJ71C24-R4串行通信智能模块的通道1的参数设定；开关3和开关4是通道2的参数设置。两个通道参数设置相同，任意一个都可以进行通讯，可在监控PC上通过更改端口号来切换。

图1 开关设置

    开关1/开关3的高8位（05）表示通讯波特率为9600；低8位（C2）表示传输设置－8个数据位，无奇偶校验，1个停止位；开关2/开关4（0006）表示采用无顺序协议通讯。    

图2 程序流程图

    4.2 软件实现

    在GXDeveloper[6]编程中，编写SEND子程序来完成16进制查询命令的生成和数据的发送；RECV子程序完成接收到的数据的处理；CRC子程序完成发送数据和接收数据的校验码生成。整个顺控程序流程图如图2所示。

    SEND子程序调用指令格式为-[ECALLP“SEND”P700W30W35W3A]。ECALLP是子程序调用指令；“SEND”是子程序名称；P700是公用指针号；链接寄存器W30、W35和W3A是子程序的传递参数，分别表示设备号、功能代码和数据。例如：链接寄存器W30、W35和W3A的值分别为1、5和64（16进制），则表示设定设备号为1的质量流量计的流量输出值为100sccm，QJ71C24-R4将发送16进制查询命令010600110064D824。

    由于MT-51流量显示仪返回的数据长度根据接收到的查询指令不同而不同，所以在SEND子程序里发送查询指令时，要根据查询命令的内容更改QJ71C24-R4接受数据的长度。为防止QJ71C24-R4的OS缓存区溢出错误，在每次调用SEND子程序之前，使用ZP.CSET指令来清除OS缓存区。

    查询命令发送完成后，PLC将延时等待QJ71C24-R4的回应信号。如果等待延时时间到，回应信号一直为OFF，则表明无回应，对应该设备号的通讯错误计数器将累加，PLC将返回执行下一条查询命令；如果在等待时间内，回应信号变为ON，则表示接收到MT-51流量显示仪的回应。PLC将通过G.INPUT指令将接收到的数据从QJ71C24-R4的OS缓存区读取到PLC内存，并调用RECV（调用指令格式为-[ECALLP“RECV”P800]）子程序进行接收数据的校验。如果校验正确，将更新PLC相应的数据存储区，并复位对应该设备号的通讯错误计数器；如果校验错误，对应该设备号的出错计数器将累加，计数器累积到阀值后，系统将报警输出该设备号的质量流量计通讯错误。

    5 应用效果

    在本项目应用中，PLC可可靠的实现对5台质量流量计的数据采集和输出控制，很好的满足了系统要求。但由于受MT-51流量显示仪通讯波特率的限制，存在一定的时间延迟，延迟时间在1s以内。

    参考文献

    [1]ModiconModbusProtocolReferenceGuide.MODICON，Inc.，IndustrialAutomationSystems，June1996
    [2]QCPU（功能解说）用户手册.三菱电机，2007.10
    [3]QCPU（Q模式）/QnACPU编程手册（公共指令篇）.三菱电机，2007.11
    [4]Q系列串行口通信模块用户参考册（基础篇）.三菱电机，2001.11
    [5]Q系列串行口通信模块用户参考手册（应用篇）.三菱电机，2001.6
    [6]GXDeveloperVersion8操作手册.三菱电机，2005.8