如何使用ModBus通信协议，实现电子秤接入PLC系统-技术文章-上海香川电子衡器有限公司
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& 如何使用ModBus通信协议，实现电子秤接入PLC系统
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如何使用ModBus通信协议，实现电子秤接入PLC系统
&&&&&&& &hbzhan内容导读：在工业控制系统中广泛使用的ModBus通信协议。以ModBus的ASCII方式为例，剖析了ModBus的指令结构，着重说明基于ModBus通信协议的设备之间如何进行数据通信、如何使用ModBus通信协议把电子秤接入PLC系统，并简单介绍了PLC系统与局域网的互联。在衡器行业中，但凡涉及串行通信时，工程师们都会有一种无奈，就是通信协议问题。由于我国衡器厂众多，各自采用自己的通信协议，使得通信协议五花八门，互不兼容。由于是自成一体，也为后续与其他系统联网、维修、仪表配件互换等留有后遗问题。若采用一种工业控制领域的主流协议，各衡器厂的通信协议都与这个主流协议兼容，那么上述问题自然迎刃而解。这个主流协议首推ModBus。&&防爆电子秤,,电子磅称,便携式电子地磅,汽车磅秤&&一、什么是ModBus ModBus是一种通信协议，是由Modicon公司发表于1979年，主要用于PLC（可编程逻辑控制器）系统。目前，在工业自动化设备通信连接中，ModBus已是相当常见的一种连接方式。 二、ModBus与其他通信协议比较 1、物理层简单、价廉：ModBus可以在常用且廉价的RS232、RS485等物理媒介上运行，不像CanBus、ProfiBus、BitBus等需昂贵的专用芯片支持。 2、免费：ModBus是一种公开的，可以无偿使用的协议。而使用ProfiBus则需要向有关国际组织登记缴费。 3、使用普及：ModBus是当前工业控制中使用最广的一种通信协议，基于这点，具有ModBus的设备接入工控系统相对容易。 4、维护方便：由于接入ModBus总线相对其他工控总线而言，比较简单。一般具有RS232、RS485等串行口的PC机都可以接入，使用PC机自带的超级终端软件或其他串行控制软件，就能观察ModBus通信过程，可以很方便地查出故障站点。 三、ModBus的主要型式 ModBus主要有四种型式：ASCII、RTU、TCP/IP和Plus。 1、ASCII型式：采用ASCII码进行数据交换，使用纵向冗余校验的校验和（LRC）进行数据校验。 2、RTU型式：采用二进制码进行数据交换，使用循环冗余校验的校验和（CRC）进行数据校验。 3、TCP/IP型式：主要用于以太网，不使用校验和进行数据校验。 4、Plus型式：该型式为Modicon公司专有，采用专门的协处理器进行数据处理。 目前，使用最广泛的型式是ASCII和RTU，主要采用RS232、RS422、RS485进行物理连接，其中RS485使用最多。 四、ModBus的结构 ModBus协议是一个master（主）/slave（从）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。每一个slave设备都有一个唯一的地址。ModBus的通信比较简单，由master发通信指令，指令中含有欲于之通信的slave站号。当master发指令时，所有slave都处于收听状态，一旦slave收听到与自己地址相同的站号时，立刻执行指令的内容，并回传执行的结果。 五、ASCII型式的ModBus通信协议的格式 在ModBus上通信时，各站点的通信参数必须一致，如：波特率、奇偶校验。 通信时，一个信息字节中的每8位分为两个ASCII字符进行传输，允许字符传输间隔在1秒之内。 1、ASCII型式每一字节的格式 16进制编码，ASCII字符（0-9、A-F），即：0x30-0x39、0x41-0x46。 1位开始位、7位数据位（先低后高）、1位奇偶校验（无奇偶校验时为0）、1位停止位。 2、数据错误校验采用纵向冗余校验（LRC） 3、通信帧格式（ModBus命令格式） 一个基本的ModBus命令，除了开始、校验、结束字符外，还必须有地址项及功能项。地址&&也就是站号，想要被操作的对象（slave站号）；功能&&想要被操作的对象完成的任务。ModBus命令可以没有数据项。 被操作的对象，在完成所要求的操作后，必须回传一帧信息，传递操作结果。回传信息的格式与命令格式相同，只是数据内容为操作的结果。 六、利用ModBus，实现PLC与电子称重设备的通信 为了使大家对Modbus有更进一步的了解，下面用例子方式说明如何把电子称重设备接入PLC控制系统的Modbus总线网络。例子中的称重仪表为上海彩信电子科技有限公司生产的XK315A1增强型仪表。本例中，1台PLC作为主机（master），10台电子秤作为从机（slave），使用XK315A1增强型仪表作为电子秤显示仪表，从机地址为70、71、72、....79。通过RS485连接PLC和各仪表，采用ModBus ASCII通信协议。PLC可以对各台仪表进行置零、去皮、读取重量等多项操作。称重系统示意图如图1所示，图中的计算机是在系统调试时接入RS485总线的，用以观察RS485中传输的数据，正常工作时是移除的。 上述系统可实现以下功能： 1、正常工作时，PLC每隔10秒轮询一次，获取每台秤的重量。 2、当秤台上重量异常时，PLC会发出警告信息，提示控制室人员注意。 3、控制人员可以通过PLC，对某台秤发出置零、去皮等操作指令。 4、PLC可对各台秤的称量，进行各项统计，生成必要的统计报表。 七、ModBus与局域网互连 现在，很多PLC都具有局域网接口，通过该接口，就可以远程控制称重系统了。当然，也可以通过接在Modbus总线上的PC机，利用PC机的软、硬件资源，编制相应的软件，将重量信号传送到局域网上。若局域网通过路由器接入因特网，很显然重量数据就可以在因特网上传输了。本系统是通过PLC的DH+网络接入局域网的。当然，网络部分使用的协议，首推TCP/IP、NetBEUI。Modbus也有相关的TCP/IP型式，这里就不再赘述了，大家可以参考相关的书籍。 上述的称重系统只是PLC的一个子系统，是后期改造的一个项目。 是采用美国ROCKWELL公司的PLC，共有5台PLC机箱（采用PLC5系列）、4台工控机和2台服务器、若干台PC组成的。PLC采用ROCKWELL公司的DH+网络连接，使用DF1协议；其中1台PLC与称重系统采用RS485连接，使用Modbus协议；DH+网络通过1台作为连接桥的工控机，连入局域网。工控机上的监控软件是RSVIEW32，操作人员通过该软件的人机界面，观察各项数据，发出各项指令，当然也包括称重数据及指令。另外，局域网上的PC机也安装了RSVIEW32软件，只不过取消了操作指令，但可以通过该软件观察各项数据，便于其他相关人员关注设备运行情况。 八、结束语 本文简单介绍了ModBus通信协议，例举了电子秤采用RS485串行接口接入PLC系统，用ModBus通信协议，实现与PLC的实时通信。由于水平有限，如有错误的地方，望谅解。 PLC程序采用的是梯形图，其中有对串行口进行操作的梯形图，设置图中的相关属性，如波特率、奇偶校验，把相关的Modbus操作命令写入其中即可。有关PLC的编程请参阅ROCKWELL公司的《PLC5指令系统与使用说明》。 关于XK315A1增强型仪表的ModBus协议及指令举例，请看附录。 附录： XK315A1增强型仪表的ModBus协议格式 首址：4个ASCII码，读写数据的位置。 数据量：4个ASCII码，读写数据的数量。 数据值：读写的数据。 校验码：2个ASCII码，采用LRC校验。 LRC校验码运算：报头（：）不参与运算，LRC在数据之后，在\CR\LF之前。参加运算的是报头之后，LRC之前的所有数据。LRC为参加运算的数据之和的补码，舍去进位。 当仪表执行指令出错时，会回传错误码，并将功能码的最高位置1。 错误码： &00--接收到的功能码出错； &01--数据地址错； &02--数据数量错； &03--数据值错，如：预置皮重大于最大称量FS； &04--称量为负时去皮； &05--不在称重状态时置零； &06--称量不稳定时置零； &07--称量&2%FS时置零； &08--称量&-2%FS时置零。 接下来以地址为78（16进制为4E）号的仪表为例，详述每条指令。PLC作为master，发送指令；电子秤仪表作为slave，接收指令，并回传执行结果。 例中：站号4E，即78号；功能码04表示要读取重量数据；仪表的重量数据专门放置在重量数据单元，其地址从，共7个字节。其中0000：状态数据；：显示值；0004-0006：皮重值。读取重量数据时，可以单独读，也可以2个一起读或全部读。首址0000表示从重量数据的0000地址开始读取；数据量0007表示共要读取7字节数据；校验码A7表示校验和LRC=A7。 当PC发出指令后，每个从站仪表都会接收，只有与指令中指定的站号相同的仪表，才会响应，回传所需信息。 78号地址的仪表，收到上述指令后，会回传&：4EE70000CAE1\CR\LF& 其中&00CA&是PC想得到的78号站的重量信息。 12--状态数据，表示当前显示为正、重量稳定、显示值是净重，当前数据包含2位小数； 0003E7--显示值，同状态数据结合考虑，即：当前的显示是净重9.99kg； 0000CA--皮重值，即：当前的皮重是2.02kg。 数据校验：所有被参与校验的数据+校验码=0（舍去进位）。 &0x4E+0x04+0x00+0x00+0x00+0x07+0xA7=0x100，舍去进位1后，等于0，表示数据检验正确。 &
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连电脑电子秤XK315A1系列使用说明书
接电脑电子秤XK315A1系列使用说明书
配RS-232接口，可连接电脑，适用于台秤，地磅，叉车秤等多种电子秤，具体说明：
01.A/D转换原理&&&&&
三积分式A/D
02.显示精度：&&&&&&&1/3000－－－－－－1/30000
03.A/D分辨率&&&&&&&100000
04.A/D转换速度&&&
05.供桥电压&&&&&&&&&DC
5V可连接6只350欧姆的传感器或8只750欧姆的传感器
06.显示&&&&&&&&&&&&&A1X为0.8英寸6位红色LED，A1GB为0.8英寸6位绿色LED
&&&&&&&07.分度值&&&&&&&&&&&1/2/5/0.1/0.2/0.5/0.01/0.02/0.05/0.001/0.002/0.005/
10/20/50/100/200/500/0.10/0.20/0.50/0.010/0.020/0.050
08.串行通讯接口&&&&&
RS—232连续发送，波特率00 9600&可选
可增配RS—485连续输出和应答方式输出&&
打印&&&&&&&&&&&&RS232串行打印输出&&&&&&&
交流电源&&&&&&&AC
50Hz&交直流两用内置电池
使用温度&&&&&&&0&#8451;～
储运温度&&&&&&&-25&#8451;~55&#8451;
相对湿度&&&&&&&&#8806;85﹪RH
14.外型尺寸&&&&&&&A1X：220mm&140mm&130mm
&A1GB—3：220mm&150mm&89mm
15.重量&&&&&&&&&&&A1X：
约2公斤；A1GB—3：约2.5公斤
二. 安装连接
1.传感器连接
A1X表的传感器连接
1.2.A1GB表的传感器连接
2.通讯连接（D-SUB-9芯针）&&3脚：TXD（RS-232C输出）&&&5脚：GND（RS-232接地）
3.通讯数据格式（RS-232C输出）
3.1.通信地址Adr =
00，连续发送格式，先低后高，发送格式为=,X1,X2,X3,X4,X5,X6,=,发送的X1,X2,X3,X4,X5,X6为显示数据,=为分隔符。例如显示重量为：100.00kg,
则发送格式为 = 00.001 =00.001＝
3.2.通信地址Adr = 99 连续串行输出，先高后低，发送格式为
=,X6,X5,X4,X3,X2,X1,=,发送的X6,X5,X4,X3,X2,X1为显示数据,= 为分隔符。重量：100.00kg,
发送为＝100.00＝100.00＝
3.3.通信地址Adr
=01－98串行打印输出
4.可增配RS-485串行输出
三.按键功能和指示灯说明
【STOP】键:停止死机（鸣叫不显示，显示乱吗等）
【&#9312;】键:&&开/关键&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&【∴】键：手动累计功能键
【* 】键：
功能选择键、确认键&&&&&&&&&&&&&【→】键：数字移位功能键&&&&&&&&
【↑&10倍功能键&&&【→0←】键：置零,去除皮重功能键】键：&数字增加键,显示
〖AC〗:表示有交流电&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&〖→T:去除皮重时亮←〗
〖〗:电池电量＜３０％时亮&&&&&&&&&&〖-AUTO-〗:自动累计状态时亮
〖→0←〗:处于零位状态时亮　&&&&&&&&&&&&&〖&#9699;&#9698;〗:称重稳定时亮
四.正常操作
1.仪表开机和关机&按【&#9312;】键，仪表开机，按住【&#9312;】键2秒以上，仪表关机。
2.置零&&&&&&&&&&&按住【→0←】键2秒以上，显示值置零，同时〖→0←〗指示灯亮。
3.1.实物去皮&&&在〖→T←〗指示灯熄灭状态，称量大于零且稳定，按【→0〖→T←〗指示灯点亮。←】键显示值置零，同时
3.2.清除皮重&&&在〖→T←〗指示灯点亮状态，按【→0←】键，清除皮重，同时
〖→T←〗指示灯熄灭。
3.3.数字去皮&&&按【→】键，进入皮重设定，用【→】【↑】键输入皮重值,按
【→0】键，将输入值作为皮重，同时〖→T指示灯亮。←〗←
3.4.累计操作&&&在手动累计状态，称量大于20d且稳定，按【∴】键，将显示值进行累计同时显示累计次数:如〖n&&
&#9733;注：一次称量只能累计一次，下一次累计必须使显示值小于20 d后再称重时才允许累计。
4.累计值显示与清除（在称重状态下）
〖n&& 12〗
显示累计次数
〖H&& 23〗
表示累计重量高4位=23
〖L506.5〗
表示累计重量低4位=506.5，累计重量=23506.5
5.手动/自动累计功能的选择（手动/自动打印功能的选择），动物秤、峰值保持、计数功能的选择
〖n&& 12〗
显示累计次数
手动/自动累计的选择
AUt = 0，表示手动累计
AUt = 1，表示加载稳定后自动累计和打印，〖AUTO〗指示灯点亮
AUt = 2，表示加载稳定后自动保存显示值，在卸载到小于20d后，将最后稳定值累计和打印，〖AUTO〗指示灯点亮
（&#9734;）AUt = 3，表示动态称量方式，称量＞20d稳定后：蜂鸣器“嘟”一声并且显示锁定6秒，待新的稳定值再次显示锁定6秒，称量＜20d解除锁定;自动累计和打印,建议FLt﹥30，〖AUTO〗指示灯点亮
（&#9734;）AUt = 4，表示峰值保持称量方式，称量＞20d稳定后：蜂鸣器“嘟”一声并且显示锁定，待称量＜20d后锁定值闪烁显示，,自动累计和打印,可按任意键解除锁定，〖AUTO〗指示灯点亮
（&#9734;）AUt = 5, 表示动态称量方式,手动累计,手动打印
（&#9734;）AUt = 6, 表示峰值保持称量方式，手动累计,手动打印
（&#9734;）AUt = 7,计数功能
个位数闪烁显示
按【↑】按【↑】按【↑】
〖AUt&1〗〖AUt&2〗〖AUt&3〗
比如：AUt = 3&表示动态称量方式
返回正常称量状态
注：&#9312;样品采样：在秤台净重为零时（不为零时，可按去皮键去皮），把样品的采样（样品必须&200只，可以在1—199之间）放在秤台上，按【→】键和【↑】键，输入样品数量（比如30）显示〖Cnt030〗，按【
*】键确认样品采样完成，显示恢复为称重状态。样品采样为断电保护记忆。
放采样样品，样品重量：27，样品数量：30
〖Cnt000〗
〖Cnt000〗
进入输入采样的样品数量
十位数闪烁显示
按【↑】按【↑】按【↑】
〖Cnt010〗〖Cnt020〗〖Cnt030〗
比如样品数量为30
显示样品重量：27，【 * 】键是确认键, 样品采样结束
〖C&& 30〗
显示样品数量：30,【↑】是显示重量和数量的转换键
&#9313;计数操作：把计量物品放在秤台上，显示出物品的重量，按【↑】键，显示〖C&255〗转换为物品的数量，待显示稳定后，按【∴】键，累计重量及累计数量。累计操作必须在计数状态。
物品重量：230
物品数量：255
1.5秒后显示
&#9314;累计查询和删除：在称量或计数状态都可以&&&&&&&&&
在计数状态
〖C 1203〗
显示物品的总数量：1203
显示累计重量高4位
〖L 1085〗
显示累计重量低4位 =1085
〖C 1203〗
返回计数状态
按【→0←】
删除累计数量
6．累计值的清除 按【
*】键显示累计次数时，按【→0←】键就把累计值清除
7．数字输入&&&&按【→】键,用于移动数位，置数位闪烁。按【↑】键,增加置数位的值。
8．电池电量&&&&开机与关机时，显示:〖bPt85〗表示电池电量为85
9．充电提示&&&当电池电量
%时〖〗灯亮，以提示及时充电。当电池电量& 20%
时，显示器闪烁，以提示及时充电。
10.过放电保护
&&当电池电量&
10% 时，仪表自动关机，以防止电池过放电。
11.省电模式&&&&在自动关机状态下，3分钟以上无称重操作，显示〖-&&&&
〗以减少电池消耗。
12.自动关机&&&&在自动关机状态下,30分钟以上无称重操作,若设定有自动关机功能,自动关机。
13.工作时间&&&&&&内装4Ah免维护电池，充足电池，可连续工作20个小时。
14.kg→lb的转换 正常开机称量单位为公斤，按住【
*】键2秒以上，称量单位从公斤转换到
磅，或从磅转换到公斤。最高位显示〖－－&&&&〗亮时，称量单位为磅。
15.高分辨显示&在称量显示状态下，按【↑】键，进入高分辨率显示（提高10倍精度显示当前称量），同时末位小数点点亮。再按【↑】键，返回正常称量显示，同时末位小数点熄灭。
五. 微型打印机的连接
连接Up-16TS型串行接口打印机,按如下方式连接:
&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&#9733;注：在连接打印机前请将仪表设定参数中通讯地址设为Adr＝01；波特率设为b
配串行接口打印机的打印操作如下：
在称重状态，称重值&20d且显示稳定，按【∴】键打印机打印出称重单，第二次打印时称重值需要回到&20d以后才能进行打印。
2.累计打印：
在称重状态，按【*】键后，再按【∴】键，打印机进行累计打印。
3.设定为自动累计状态即为自动打印状态。
附打印样张
联单打印&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&累计打印
NO:1&（序号）&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&NO:9&&&&（累计次数）
GrOSS:3940kg&&&（毛重）&&&&&&&&&&&&&&&W:8225kg
（累计重量）
Tare:2000kg&&&&（皮重）
Net:1940kg&&&&（净重）
六.维护保养与注意事项
1．&为保证仪表的使用寿命,不宜放在阳光直射下使用,放置应较平整。
2．&不宜放在粉尘及振动严重的地方使用。
3．&称量（包括皮重在内）严禁超过最大额定称量。
4．&严禁使用强溶剂（比如：苯、硝酸类油）清洗机壳。
5．&不得用水注入仪表内，以防电子元件损坏和触电。
6．&本仪表在使用过程中出现故障，应立即关闭电源，一般非衡器生产厂家请将显示器送回本公司修理，不得自行修理，以免造成更大的损坏。
7.交流电接通时，仪表自动对电池充电。
七.保修、服务（请送寄回本公司保修、服务）
本仪表自销售之日起的一年内，在正确使用条件下，出现非人为故障均属保修范围。本公司对仪表实行终身服务。（&#9733;电瓶不属保修范围）&#9733;注：用户在配套使用本公司产品的过程中，称重系统发生异常或故障，本公司仅对公司自身产品的质量问题负责保修或服务！
八.异常显示
表示称量& 100 % F ·S+ 9 d
当显示〖-OUEr〗&&&
表示称量负溢出
当〖 &〗&&&&&&&指示灯亮，表示电池电量
& 30 %，插上交流电对电池充电
当〖称量值〗&&&&&&&闪烁显示，表示电池电量
&20 %，插上交流电对电池充电
九.参数设置
1. 接好传感器（将插头上的2个螺丝拧紧）使仪表进入正常工作状态。 按如下所示操作步骤进行参数设置。
3. 按【*】键表示确认并进入下一步。
按【→0←】
【&#9312;】
〖000000〗
〖999999〗〖&&&&0〗
在关机状态，按住【→0←】键不要放开，再按【&#9312;】键，显示〖UE-2.6允许参数设置及称量标定〗
〖Adr 00〗
RS-232通讯地址的选择，Adr ＝ 00，连续串行输出
〖b 2400〗
〖b 4800〗
通讯波特率的选择：→
比如：b=4800&&&&&（出厂&b=2400）
十.称量标定
如刚进行以上参数设置操作且没有关机可直接继续进行以下操作，按表所示步骤进行称量标定
十一.查看A/D转换内码值
　检查传感器连线正确与否，可以查看A/D转换内码，正常零位的A/D转换内码值在：40000±5000左右.如刚进行以上参数设置操作且没有关机可直接继续进行以下操作，按图表所示步骤进行A/D值的查看；
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