MODBUS的應用分析

　　幸運的是，無線傳送的MODBUS對于控制系統或是主站、從站來說是透明的。例如上面提到的現有工廠里面的老式系統等，這類主機系統甚至都不知道存在著一個無線MODBUS網絡，因為它們

　　根本不需要面對這個無線MODBUS網絡。當一個MODBUS主站向從站提出一個要求時，這個訊息包被傳送到無線電發射臺。通常無線電發射臺會在發射之前對訊息包進行重新排隊和加密。一旦這個RF(無線電射頻)訊息包被從電臺接收到，從電臺會對它們進行解密并且把它們排序，使其重新代表一個有效的MODBUS訊息包。如果這個訊息包沒有被損壞或者發生混亂，它就會被發送到所要求的從站。這個從站將會對主站的要求作出相應的反應，剛才的過程就會再次重復一遍。

　　有些時候你必須特別注意一個被叫做“timeout”的MODBUS通訊參數，這一點很重要。Timeout表示：在嘗試重新發送訊息之前，MODBUS主站將會等待一個從站作出反應的時間的長短。根據無線電臺通訊情況好壞的不同，訊息包的發送可能會被延誤，這有可能造成一些不必要的重試和重新發送。采用今天的FHSS(跳頻擴頻)無線電臺，這些參數當中的大多數都可以進行修改以便高效率的傳送MODBUS訊息包。而對電臺的選址進行恰當的分析研究通常可以避免許多通訊受阻的現象，其中需要進行的研究包括信號強度分析以及頻帶噪聲分析等。

　　以太網上的MODBUS

　　MODBUS/TCP常常被理解為以太網上的MODBUS。其實總的來說MODBUS/TCP不過是采用TCP/IP標準簡單的把MODBUS訊息包打包壓縮而已。這使得MODBUS/TCP設備馬上就可以方便的通過現有以太網和光纖網絡進行連接和通訊。與RS485接口相比，MODBUS/TCP還允許使用多得多的地址、可以采用多主站架構、傳送速率可以達到GB水平。雖然MODBUS RTU有每個網絡不能超過247個節點的限制，但是MODBUS/TCP網絡的從站數量僅受限于網絡物理層的能力。通常從站的數量一般在1024個左右。以太網在過程控制和自動化工業領域的迅速普及已經使得MODBUS/TCP成為應用最廣泛、增長速度最快的被以太網支持的工業協議。

　　雖然各家大小PLC供應商都有自己的以太網協議，但是他們幾乎全部都支持MODBUS/TCP。即便是對那些目前不支持MODBUS/TCP的PLC供應商來說，他們也可以找到很多家類似于Prosoft Technologies和SST的公司可以為他們的PLC產品提供底板安裝型的MODBUS/TCP通訊卡以及獨立安裝的網關等配件。

　　MODBUS/TCP的另一個優點是它的多主站能力。不像MODBUS RTU和MODBUS ASC II，MODBUS/TCP允許多個主站同時從同一個從站獲取數據。為什么MODBUS/TCP會具備這樣的能力呢?這是因為通過使用TCP/IP的以太網，無需令牌傳遞或是取得總線的完全控制權就可以發送、緩沖和遞交多個訊息。這對于許多RS485和RS422協議是很常見的情況。

　　通過MODBUS把控制放到現場去

　　到目前為止，我們僅僅涉及到了簡單的MODBUS數據采集系統。還有一種方案也是可能的，那就是把控制設備安裝在現場，然后通過MODBUS使其與中央控制系統進行通訊。前邊提到過的網絡集中器NCS同時也擁有功能強大的CPU(中央處理器單元)和實時控制內核，它也可以被編程用來執行控制功能，例如PID控制、ON/OFF控制、現場報警、復雜算術運算、診斷以及報警監視等。

　　因為它具有類似PLC的邏輯、PID類型的控制功能以及先進的計算能力，一臺NCS通常能夠滿足對一臺PLC、工業計算機或者一套小型DCS的功能要求，其價格卻只是后者的幾分之一。雖然MODBUS協議并不具備諸如基金會現場總線和CIP(通用工業協議)等其它協議的能力，但是它確實滿足了許多應用的需要。在這些應用里面，用戶喜歡在現場進行控制，同時可以通過以太網對現場進行監視和上位控制。而MODBUS協議就是滿足這種需要的最具效費比和最便捷的解決方案。

　　另一種“智能化”并且具有控制能力的MODBUS設備是來自于Moore Industries公司的MDS方程站。這是一種多功能控制器，它能夠執行很多種類型的控制功能和運算。有了MDS方程站，在實現簡單控制任務、多變量控制任務(例如監視和控制一個蒸煮器里的紙漿液位或者使用來自多個流量、溫度和壓力變送器的輸入信號實現質量流量計算)時就不再需要PLC或者大型控制器了。最多可以有127個MDS模件被安裝在一個MODBUS網絡上面來實現對工廠的控制或是采集整個工廠的信號。

　　PID(比例、積分和微分)控制器最初都是單機獨立運行的無通訊控制器。由于PLC和DCS都已經智能化，因此現在PID控制器也智能化了。今天，許多終端用戶依然青睞那些直接讀出和編程簡單的單回路控制器。諸如MODBUS等數字化通訊協議能夠給這些一直單機運行的儀表注入一些新的活力。通過對這些控制器進行多分支網絡連接，你可以創造一個你自己的小型分散控制系統，參見圖6。

　　MODBUS：通用的接口

　　圖6：具有MODBUS功能的設備(例如1/4 DIN 545雙回路PID控制器)能夠把控制功能布置到現場。將這些MODBUS設備連接成多分支網絡，并且把它們的輸出發送到一個基于WINDOWS的SCADA系統，這樣就創建了一個小型的分散控制系統。

　　當現代的控制領域持續不斷的產生和應用諸如現場總線和網狀網絡等先進概念的時候，MODBUS的簡單性以及它的便于在許多通訊媒介上實施應用的特點一直使它受到最廣泛的支持，并且成為全球應用最廣泛的工業協議。當使用現有老式控制系統的用戶發現自己需要擴充現場儀表或者增加遠程控制器的時候，他們都會采用MODBUS作為一個能夠解決復雜問題的簡單解決方案。當用戶試圖把一個外來設備連接到控制系統里面的時候，使用這個設備的MODBUS接口總被證明是最為容易的辦法。雖然MODBUS已經是最為古老的通訊方法之一，由于非常多的原因它也是最普及的通訊方法。MODBUS便于使用、非常可靠、價格低廉并且可以連接到控制工業領域幾乎所有的傳感器和控制設備。