CN106878488B

CN106878488B - 一种Modbus RTU总线地址自动分配方法

Info

Publication number: CN106878488B
Application number: CN201710297752.2A
Authority: CN
Inventors: 张鹏
Original assignee: Chengdu Gongding Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Gongding Technology Co Ltd
Priority date: 2017-04-29
Filing date: 2017-04-29
Publication date: 2020-03-20
Anticipated expiration: 2037-04-29
Also published as: CN106878488A

Abstract

本发明公开了一种Modbus RTU总线地址自动分配方法，包括以下步骤：1）Modbus主站上电自启动，自身地址设为固定的站点地址0x00，周期性的发送广播报文查询是否有Modbus从站接入；2）等待上线的Modbus从站在前一个Modbus从站的地址分配成功之后接入网络，收到Modbus主站发送的广播报文后，发送自我信息广播；3）Modbus主站接收到Modbus从站的自我信息广播，为等待上线的待分配地址的Modbus从站分配地址或为预分配地址的Modbus从站确认地址，并广播通信开始报文；4）等待上线的Modbus从站接收广播通信开始报文，发送回应报文，等待上线状态更改为已上线状态；5）Modbus主站与已上线的Modbus从站建立通信。通过Modbus主站对Modbus从站自动分配总线地址，实现了Modbus RTU设备的即插即用，提高了使用效率。

Description

一种Modbus RTU总线地址自动分配方法

技术领域

本发明涉及工业通信领域，具体的说，是一种Modbus RTU总线地址自动分配方法。

背景技术

Modbus网络是一个工业通信系统，由带智能终端的可编程序控制器和计算机通过网络连接而成，Modbus网络只有一个主机，所有通信都由它发出，网络可支持多个的远程从属控制器。采用Modbus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。当在一个Modbus网络上通信时，Modbus协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。控制器通信使用主-从技术，即主设备能初始化传输或查询，从设备根据主设备查询提供的数据作出反应。主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信，从设备返回一消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。从设备回应消息也由Modbus协议构成。ModBus系统中有2种传输模式可选择：一种模式是ASCII(美国信息交换码)，另一种模式是RTU(远程终端设备)。当控制器设为在Modbus网络上以RTU(远程终端单元)模式通信，在同样的波特率下，可比ASCII方式传送更多的数据。在工业现场与民用领域，基于RS485连接的ModbusRTU总线设备广泛使用。Modbus RTU设备可以实现即插即用，大大简化了设备配置安装过程。因为RS485连接是半双工通信方式而Modbus总线必须寻址才能工作，所以当前基于RS485的Modbus RTU需要事先用上位机组态，分配好地址，然后安装到现场应用。通过上述方式进行Modbus RTU设备组态、地址分配，其效率低下，不能适应现场多变的环境：当需要修改地址时，必须重新连接上位机，周期长，效率低。如果不进行相应的地址分配，对应的Modbus RTU设备将不能工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Modbus RTU总线地址自动分配方法，用于解决现有技术中Modbus RTU需要实现用上位机分配地址再安装使用造成的效率低下，修改地址难的问题。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案实现：

一种Modbus RTU总线地址自动分配方法，包括以下步骤：

1)Modbus主站上电自启动，读取本地配置信息，自身地址设为固定的站点地址0x00，周期性的发送广播报文查询是否有Modbus从站接入；

2)等待上线的Modbus从站在前一个Modbus从站的地址分配成功之后接入网络，收到Modbus主站发送的广播报文后，发送自我信息广播；

3)Modbus主站接收到Modbus从站的自我信息广播，为等待上线的待分配地址的Modbus从站分配地址或为预分配地址的Modbus从站确认地址，并广播通信开始报文；

4)等待上线的Modbus从站接收广播通信开始报文，发送回应报文，等待上线状态更改为已上线状态；

5)Modbus主站与已上线的Modbus从站建立通信。

Modbus主站上电启动时，读取本地的配置信息包括Modbus主站的硬件资源以及连接方式、通讯参数信息和驱动程序，设置自身的站点地址为0x00，作为广播报文的源地址，向接入网络的等待上线的Modbus从站发送广播报文，等待上线的Modbus从站同时只能有一个，该Modbus从站接收广播报文后，向站点地址0x00发送一次自我信息广播报文。Modbus主站接收到Modbus从站的自我信息广播报文后，得知此时有等待上线的Modbus从站，并从自我信息广播报文中获取该Modbus从站的地址信息，如果是预分配地址的Modbus从站，则为预分配地址的Modbus从站确认地址，如果是待分配地址的Modbus从站，则为待分配地址的Modbus从站自动分配地址，并发送广播开始报文告知等待上线的Modbus从站，通知Modbus从站上线成功。Modbus从站收到广播通信开始报文后，状态由等待上线状态改为已上线状态，已上线的Modbus从站可以与Modbus主站通信，并只对发送给属于自己的站点地址的报文作出回应，不再对广播报文回应。用户对于特定的Modbus从站可以自行设定预分配地址，对于一般的Modbus从站，可以由Modbus自动分配地址，因此，自动分配地址的Modbus从站可实现热拔插，安装效率提高。

进一步的优选，所述步骤1)中，所述广播报文的目的地址为0xFF，广播报文的信息包括RS-485总线更新周期和RS-485总线上存在的Modbus从站的站点地址和属性。

广播报文的目的地址设为0xFF，保证了Modbus从站可以收到Modbus主站发送的信息，并且了解网络上的Modbus从站的站点地址和属性，但是只有等待上线的Modbus从站才会回应，便于Modbus主站查询到是否有等待上线的Modbus从站。

进一步的优选，所述步骤2)中等待上线的Modbus从站包括：a.由用户在上位机设定预分配地址的Modbus从站，b.等待Modbus主站分配地址的Modbus从站。

由用户在上位机设定预分配地址的Modbus从站即为预分配地址的Modbus从站，等待Modbus主站分配地址的Modbus从站即为待分配地址的Modbus从站，这样，用户可以采用专用上位机设定Modbus从站的站点地址或者由Modbus主站给Modbus从站自动分配站点地址，增加了用户选择的自由性。

进一步的优选，所述由用户在上位机设定预分配地址的Modbus从站的自我信息广播中将自身的站点地址设置为预分配地址，所述等待主机分配地址的Modbus从站的自我信息广播中将自身的站点地址设置为0xFF。

Modbus从站在自我信息广播中告知Modbus主站自身的站点地址，方便Modbus主站查询预分配地址是否与网络中的已有站点地址冲突，以及为站点地址0xFF的Modbus从站自动分配新站点地址。

进一步的优选，所述步骤3)中，Modbus主站分配地址和确认地址的方法为：Modbus主站接收到Modbus从站的自我信息广播中的站点地址为0xFF，Modbus主站为该Modbus从站分配新地址；如果自我信息广播中的站点地址是预分配地址，则查询是否与已知地址冲突；如果未冲突，则分配预分配地址给Modbus从站，如果冲突，则发送通告上线失败报文通知该从站上线失败，该Modbus从站通过闪烁红灯发出信息等待用户处理。

如果是待分配地址的Modbus从站，Modbus主站为其分配新的站点地址取代0xFF的站点地址，如果是预分配地址的Modbus从站，Modbus主站查询预分配地址是否与网络上已有的站点地址冲突，如果没有冲突，则确认预分配地址，成为该Modbus从站的站点地址。如果发生地址冲突，Modbus主站通过广播报文通知由上位机设定预分配地址的Modbus从站上线失败，并驱动Modbus从站提示用户处理。Modbus主站进行下一次的周期性广播报文，进行查询是否有等待上线的Modbus从站。

进一步的优选，所述步骤4)中，Modbus从站发起的自我信息广播中包含本站类型、本站输入点数和输出点数，所述本站类型包括数字输入类型、数字输出类型、模拟输入类型和模拟输出类型。

自我信息广播中包含了Modbus从站的信息，方便Modbus主站获知Modbus从站的类型和通信方式。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明通过Modbus主机对Modbus从站自动分配总线地址与Modbus RTU设备组态、效率提高，能适应环境，实现了Modbus RTU设备的热拔插。如果分配地址有误或者需要修改地址时，Modbus主站可以重新为Modbus从站分配地址，同时具备手动设定Modbus从站地址的方式，用户对于专有用途的Modbus从站可以自行设定，增加了用户的主观能动性。

附图说明

图1为本发明中Modbus主站的工作流程图；

图2为本发明中Modbus从站的工作流程图。

具体实施方式

首先，在对本发明的具体实施例进行详细介绍之前，对本发明涉及的名字给予解释:

Modbus:Modbus是用于工业控制系统的总线通信协议；

Modbus RTU:Modbus总线协议远程控制终端；

已上线的Modbus从站：是指接入网络并且完成地址分配的Modbus从站；

等待上线的Modbus从站：是指接入网络但未分配地址的Modbus从站；

预分配地址的Modbus从站：是指通过专用的上位机设定地址的Modbus从站；

待分配地址的Modbus从站：是指等待Modbus主站自动分配地址的Modbus从站。

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

结合附图1和图2所示，一种Modbus RTU总线地址自动分配方法，包括以下步骤：

5)Modbus主站与已上线的Modbus从站建立通信。

Modbus主站上电启动时，读取本地的配置信息包括Modbus主站的硬件资源以及连接方式、通讯参数信息和驱动程序，设置自身的站点地址为0x00，作为广播报文的源地址，向接入网络的等待上线的Modbus从站周期性的发送广播报文，Modbus主站发送广播报文后等待Modbus从站的回应，发送广播报文的周期设定为1秒时，等待时间可以设置为3毫秒，9毫秒或12毫秒，由于Modbus通信速率较高，同时为了避免等待时间太久，设为3毫秒足以满足通信的需要。已上线即分配地址成功的Modbus从站不回应Modbus主站的广播报文。等待上线的Modbus从站同时只能有一个，前一个接入网络的Modbus从站亮绿色的LED灯时，表示已经分配地址成功，用户可以接入等待上线的Modbus，接入网络后，上电自启动，该Modbus从站接收广播报文后，向站点地址0x00发送一次自我信息广播报文。Modbus主站接收到Modbus从站的自我信息广播报文后，得知此时有等待上线的Modbus从站，并从自我信息广播中获取该Modbus从站的地址信息，为待分配地址的Modbus从站自动分配地址或者为预分配地址的Modbus从站确认地址，分配地址或确认地址失败时，Modbus主站发送通告上线失败报文，分配地址或确认地址成功时，发送地址分配报文，并发送广播通信开始报文告知等待上线的Modbus从站，通知Modbus从站上线成功。Modbus从站收到广播通信开始报文后，状态由等待上线改为已上线，之后，在与Modbus主站通信时，只对发送给属于自己的站点地址的报文作出回应，不再对广播报文回应。在Modbus主站地址分配完成或无等待上线的Modbus从站时，Modbus主站与已上线的Modbus从站通信，运行程序逻辑，发送用于依次查询所有总线Modbus从站的轮询输入报文，若Modbus从站输出模块回应一个一模一样的输出报文，表示该Modbus从站依然在线。值得说明的是，广播报文、广播通信开始报文、自我信息广播报文、地址分配报文和通告上线失败报文的格式在表一至表五中分别作了说明。

表一主站总线广播报文格式

表二主站广播通信开始报文格式

表三从站自我信息广播报文格式

表四主站地址分配报文格式

表五主站通告上线失败报文格式

实施例2：

在实施例1的基础上，结合附图1和图2所示，所述步骤1)中，所述广播报文的目的地址为0xFF，广播报文的信息包括RS-485总线更新周期和RS-485总线上存在的Modbus从站的站点地址和属性。

实施例3：

在实施例2的基础上，结合附图1和图2所示，所述步骤2)中等待上线的Modbus从站包括：a.由用户在上位机设定预分配地址的Modbus从站，b.等待Modbus主站分配地址的Modbus从站。

Modbus主站和Modbus从站各有一个默认地址0x00和0xFF，0xFF既是等待上线Modbus从站的默认地址，也是总线的广播地址。Modbus从站在自我信息广播中告知Modbus主站自身的站点地址，方便Modbus主站查询预分配地址是否与网络中的已有站点地址冲突或自动分配新站点地址。

实施例4：

在实施例3的基础上，结合附图1和附图2所示，所述步骤3)中，Modbus主站分配地址和确认地址的方法为：Modbus主站接收到Modbus从站的自我信息广播中的站点地址为0xFF，Modbus主站为该Modbus从站分配新地址；如果站点地址是预分配地址，则查询是否与已知地址冲突；如果未冲突，则分配预分配地址给Modbus从站，如果冲突，则发送通告上线失败报文通知该Modbus从站上线失败，该Modbus从站通过闪烁红灯发出信息等待用户处理。

如果是待分配地址的Modbus从站，Modbus主站为其分配新的站点地址，如果是预分配地址的Modbus从站，Modbus主站查询预分配地址是否与网络上已有的站点地址冲突，如果没有冲突，则确认预分配地址，成为该Modbus从站的站点地址。如果发生地址冲突，Modbus主站通过广播报文通知由上位机设定预分配地址的Modbus从站上线失败，并驱动Modbus从站提示用户处理。Modbus主站进行下一次的周期性广播报文，进行查询是否有等待上线的Modbus从站。

实施例5：

在以上实施例的基础上，结合附图1和图2所示，所述步骤4)中，Modbus从站发起的自我信息广播中包含本站类型、本站输入点数和输出点数，所述本站类型包括数字输入类型、数字输出类型、模拟输入类型和模拟输出类型。

自我信息广播中包含了Modbus从站的信息，方便Modbus主站的通信与控制。值得说明的是，本站类型包括但不限于数字输入类型、数字输出类型、模拟输入类型和模拟输出类型。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种Modbus RTU总线地址自动分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）Modbus主站上电自启动，读取本地配置信息，自身地址设为固定的站点地址0x00，周期性的发送广播报文查询是否有Modbus从站接入；

2）等待上线的Modbus从站在前一个Modbus从站的地址分配成功之后接入网络，收到Modbus主站发送的广播报文后，发送自我信息广播；

3）Modbus主站接收到Modbus从站的自我信息广播，为等待上线的待分配地址的Modbus从站分配地址或为预分配地址的Modbus从站确认地址，并广播通信开始报文；

4）等待上线的Modbus从站接收广播通信开始报文，发送回应报文，等待上线状态更改为已上线状态；

5）Modbus主站与已上线的Modbus从站建立通信；

所述步骤1）中，所述广播报文的目的地址为0xFF，广播报文的信息包括RS-485总线更新周期和RS-485总线上存在的Modbus从站的站点地址和属性。

2.根据权利要求1所述的一种Modbus RTU总线地址自动分配方法，其特征在于，所述步骤2）中等待上线的Modbus从站包括：a.由用户在上位机设定预分配地址的Modbus从站，b.等待Modbus主站分配地址的Modbus从站。

3.根据权利要求2所述的一种Modbus RTU总线地址自动分配方法，其特征在于，所述由用户在上位机设定预分配地址的Modbus从站的自我信息广播中将自身的站点地址设置为预分配地址，所述等待主机分配地址的Modbus从站的自我信息广播中将自身的站点地址设置为0xFF。

4.根据权利要求3所述的一种Modbus RTU总线地址自动分配方法，其特征在于，所述步骤3）中，Modbus主站分配地址和确认地址的方法为：Modbus主站接收到Modbus从站的自我信息广播中的站点地址为0xFF，Modbus主站为该Modbus从站分配新地址；如果站点地址是预分配地址，则查询是否与已知地址冲突；如果未冲突，则分配预分配地址给Modbus从站，如果冲突，则发送通告上线失败报文通知该从站上线失败，该从站通过闪烁红灯发出信息等待用户处理。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种Modbus RTU总线地址自动分配方法，其特征在于，所述步骤4）中，Modbus从站发起的自我信息广播中包含本站类型、本站输入点数和输出点数，所述本站类型包括数字输入类型、数字输出类型、模拟输入类型和模拟输出类型。