MODBUS通信格式及CRC校验详解

因在S7-200系列PLC发送的指令中，发送缓冲器的第一个字节指定的是数据传输的字节数，从第二个字节以后的数据为需要发送的数据。在整个网络通信过程中，主站轮流发送请求报文到每个从站，随之每个从站必须产生响应报文返回到主站。当主站向从站发送请求报文和接收从站返回的响应报文时，在主站储存区开辟了发送缓冲区和接收缓冲区。主站向从站发送请求报文时，首先对相应从站输出缓冲区的数据进行CRC运算并生成校验码，将校验码叠加在输出缓冲区的数据之后再传送到发送缓冲区，然后再由发送指令发出。建立一个远程循环结束标志位，当响应报文全部接受完成，置该位为ON。主站在接收从站的响应报文时，先把响应报文输入到接收缓冲区，再把接收缓冲区中的数据传送到输入缓冲区。为此，在主站中要留有两个数据存储区，一个作为报文请求（输出缓冲区），另一个作为报文响应（输入缓冲区）。

在MODBUS通信协议中都必须要求有CRC校验，CRC校验为两个字节，附加在报文后的CRC值由发送设备计算，当CRC值放置于报文时，高低字节必须交换。首先发送低位字节，然后再发送高位字节。故在发送缓冲区中的数据要比输出缓冲区的数据多两个CRC校验字节。接收设备在接收报文时重新计算CRC的值，并将计算结果与实际接收到的CRC值相比较。如果两个值不相等，则传送的数据为错误。

（1）MODBUS通信格式

MODBUS协议定义了两种传输模式，即RTU和ASCII。发送同样的数据时，RTU模式的效率大约为ASCII模式的两倍。一般来说，数据量少而且主要是文本时采用ASCII，通信数据量大而且是二进制数值时，多采用RTU模式。

主站一次可向一个或所有从站发送通信请求（或指令），主设备通过消息帧的地址域来选通从设备。主站发送消息帧的内容和顺序为从站地址、功能码、数据域（数据起始地址、数据量、数据内容）、CRC校验码；从站应答的信息内容和顺序与主站信息帧基本相同。MODBUS除了定义通信功能码之外，同时还定义了出错码，标志出错信息。主站接收到错误码后，根据错误的原因采取相应的措施。从站应答的数据内容依据功能码进行响应，例如功能代码03要求读取从站设备中保持寄存器的内容。

（2）CRC校验实现

在MODBUS通信的RTU模式中，规定信息帧的最后两个字节用于传递CRC码。发送方将信息帧中地址域、功能码、数据域的所有字节按规定的方式进行移位并进行XOR（异或）计算，即可得到2B的CRC码，并把包含CRC码的信息帧作为一个连续的流进行传输。接收方在收到该信息帧时按同样的方式进行计算，并将结果同收到的CRC码的双字节比较，如果一致就认为通信正确，否则认为通信有误，从站将发送CRC错误应答。

（3）ABB变频器参数的设置

ABB变频器的寄存器40001为控制字，寄存器40002为给定值1，寄存器40004为状态字，寄存器40005为实际值。其相关参数设置与说明如下：

9802＝STD——MODBUS通信

9807＝ABB Drives

5201＝1（2，3）——变频器站号

5202＝5——波特率为9600bit/s

5203＝0——无校验(www.xing528.com)

5003＝1.0——通信超时时间

100l＝Comm 4.CW——外部命令1为通信控制

1003＝REQUST——电动机正反转控制

1104＝0.1——频率给定最小单位0.1Hz

1105＝50——最大给定频率为50Hz

1601＝Comm 4.CW（位3）——为通信允许运行

1604＝Comm.CW（位7）——为故障通信复位

ABB变频器的菜单参数被一一映射为MODBUS协议的寄存器，MODBUS通信控制器对各寄存器进行操作，即实现了对ACS800中与寄存器对应的菜单参数的操作。对应的命令寄存器为40001，对每一台变频器进行控制时，通过计算机给定起停信息。同时，通过对存储寄存器40004读取，可获得变频器的运行状态等信息，然后通过计算机显示界面，操作人员可以直观地了解变频器运行信息。

ACS550变频器参数的设置步骤如下：

1）将变频器参数9802（Comm，PROTSEL）改为1（STD MODBUS）。

2）设置RS-485链路的站点地址，即参数5302（EFBSTATIONID）；将多台变频器地址设置为对应站号。

3）根据主站系统的要求，设置波特率、数据长度和校验方式，即参数5303和参数5304（本系统的参数5303＝9.6kbit/s，参数5304＝2（8E1），8位，偶检验，一个停止位）。变频器其他参数组，如10组、11组、16组根据要求设置。如需现场总线通过外部1命令运行启动或停止，则设置参数1001＝10；如需总线设置给定值1，参数1102＝0，则选择外部1；1103＝8，则给定值来自串行通信。

4）ABB变频器的传递参数0101～9999被映射为总线的寄存器40101～49999，寄存器40001～40099被映射到传动控制和实际值。例如，主机向通信给定值1（MODBUS寄存器40002）中写入设定的频率数值，范围为0～20000（换算到0～参数1105给定1最大），或－20000～0（换算到1105给定1最大～0）。即设定变频器参数1105＝50Hz，若赋值寄存器40002＝10000，则变频器频率为25Hz。同时，通过读取对应存储寄存器，可以得到变频器运行状态等信息，然后通过人机界面，操作人员可以直观地了解变频器运行信息。