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Modbus通讯协议的几种实现方式(LabVIEW)

来源:维思自动化 魏智勇发布时间:2018-05-14 11:18:53

1. Modbus简介
        Modbus是Modicon公司(现在已经被施耐德收购成为了施耐德旗下品牌)为其PLC通讯而开发的一种通讯协议,从1979年问世至今,已经成为工业通讯领域的业界标准(De facto),最初的Modbus通讯协议仅支持串口,分为Modbus RTU和ACSII两种信号传输模式(一般基于RS485串口通信媒介),而随着时代进步,Modbus也与时俱进,新增了Modbus TCP版本,可以通过以太网进行通讯,此外,Modbus还有一个Modicon专用的Modbus Plus(Modbus +)版本。和其他工业通信协议相比,Modbus主要的优点包括内容公开没有版权要求,不用支付额外费用、硬件要求简单容易部署、使用广泛便于系统集成。Modbus采用半双工的通讯方式,由1个子站和多个从站组成,允许多个设备连接在同一个网络上进行通讯。


2. LabVIEW实现Modbus通讯的方式
        针对Modbus的串口和TCP两种不同的方式,在LabVIEW中通常可以通过以下几种方法实现Modbus通讯。其中一些实现方式需要安装LabVIEW 数据记录与监控(DSC)模块.
        Modbus RTU/ASCII的实现方式
        通过VISA直接进行串口操作实现
        通过LabVIEW DSC模块中的Modbus模块实现
        通过LabVIEW DSC模块中的OPC模块实现
        Modbus TCP
        通过LabVIEW标准的TCP模块实现
        通过LabVIEW DSC模块中的Modbus模块实现
        通过LabVIEW DSC模块中的OPC模块实现
        以下就几种实现方式进行示例与说明。

3. LabVIEW通过VISA实现Modbus串口通信
        VISA( Virtual Instrument Software Architecture,虚拟仪器软件架构),是美国国家仪器公司(NI)推出的通用串行通讯软件,最初用于NI公司LabVIEW等软件与串行设备进行通讯,现在已成为工业通讯的标准之一。通过VISA通讯时,软件会自动扫描机器中的串口资源供选择,对于没有串口的笔记本电脑,则通常需要通过USB-RS485的转换线来实现虚拟串口。找到串口后,建立必要的VISA资源,然后在此基础上进行通讯。采用VISA通讯时串口通讯的数据以及CRC校验值等均需要自行计算并保证准确,否则可能导致通讯失败。采用LabVIEW的VISA实现Modbus的程序示例如下图。

4. LabVIEW通过Modbus模块实现Modbus通讯
        在安装了DSC扩展包后,在LabVIEW下实现Modbus通讯最方便的方法是采用Modbus模块。这时只需要选择相应的命令模块即可实现通讯与命令,而不需要自行写入相应的字符串命令。采用Modbus模块的时,可方便地在RTU和TCP两种协议中转换,根据需要选择不同协议。这是LabVIEW多态的一个非常好的示例。程序见下图。

5.LabVIEW 采用TCP模块实现Modbus通讯
        在没有DSC模块的情况下,或是有特殊要求的时候,也可以直接使用LabVIEW内置的TCP模块编写Modbus通信程序。其过程与采用Modbus模块比较相似,只是在第一步建立连接时要指定Modbus通讯端口等参数,默认情况下Modbus TCP使用502端口。如果通讯不上,有必要检查防火墙是否允许该端口通讯。采用TCP模块实现Modbus通讯的程序如下。

6. LabVIEW采用OPC协议实现Modbus通信
        OPC全称是OLE for Process Control,用于过程控制的OLE协议。OLE是Object Linking and Embedding,对象连接与嵌入的缩写,这是基于微软的COM技术实现数据交换的一个协议。COM指的不是互联网域名的.com,是Component Object Model(部件对象模型)的缩写——这一段解释真拗口,简言之在OPC协议出现前,工业设备之间的通讯非常繁琐复杂,而OPC将这一过程大大简化,通过OPC协议可以将各种基于不同协议的工业设备连接起来。当然,OPC协议也有一定的代价,通讯速度与可靠性、实时性都没有原生协议好。因此,在可以通过原生协议完成通讯的情况下,应尽量避免采用OPC。
        OPC协议的实现要通过两部分完成。首先是OPC服务器,这是软件程序与不同协议下工业设备通讯的中间件,相当于网关。在OPC服务器下设置要连接的工业设备,把需要读/写的变量设置在其中,供OPC客户端访问。通过LabVIEW编程实现的部分相当于OPC客户端,用于从OPC服务器端读写数据。关于LabVIEW下使用OPC协议的通讯办法,NI官方有详细的文档资料。搭建的OPC服务器示意如下。

结语
        Modbus协议作为一种通用的工业通讯标准,在业界得到非常广泛的应用,LabVIEW作为NI公司主力产品,同样有着相当广泛的用途,采用LabVIEW实现Modbus通讯协议,在实践中有着非常重要的意义。
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