2024年9月19日 星期四

淺談 Modbus 寄存器地址與實際地址的差異

淺談 Modbus 寄存器地址與實際地址的差異

在工業自動化和控制系統中,Modbus 通訊協議廣泛應用於設備之間的資料交換。然而,許多初學者在使用 Modbus 時,常常對於寄存器地址實際地址感到困惑。本篇文章將從初學者的角度,詳細解釋這兩者之間的差異,幫助您更好地理解和應用 Modbus 通訊。

什麼是 Modbus 通訊協議?

在進入主題之前,我們先簡單介紹一下 Modbus。Modbus 是由 Modicon(現為施耐德電氣)於 1979 年開發的串行通訊協議。它是一種開放的、通用的工業通訊協議,主要用於串行連接的可程式控制器(PLC)之間的通訊。Modbus 具有簡單、可靠和易於實施的特點,因此在工業領域得到了廣泛的應用。

Modbus 支持主從(Master-Slave)通訊架構,允許多個從設備(如感測器、執行器和其他控制器)連接到同一個主設備,實現資料的讀取和寫入。這使得 Modbus 成為工業自動化系統中一個重要的通訊協議。

寄存器地址與實際地址的定義

在 Modbus 通訊中,理解寄存器地址實際地址的概念至關重要。寄存器地址是 Modbus 規範中定義的邏輯地址,用於指定需要讀取或寫入的資料位置。而實際地址則是設備內部實際存放資料的記憶體位置,即設備內部的記憶體映射。

寄存器地址的類型

Modbus 定義了四種不同類型的寄存器地址,每種地址對應不同的資料類型和功能:

  • 線圈(Coils):可讀寫的單位元數據,用於數位輸出,地址範圍為 00001-09999。
  • 離散輸入(Discrete Inputs):只讀的單位元數據,用於數位輸入,地址範圍為 10001-19999。
  • 保持暫存器(Holding Registers):可讀寫的 16 位元(2 個位元組)數據,用於類比輸出,地址範圍為 40001-49999。
  • 輸入暫存器(Input Registers):只讀的 16 位元數據,用於類比輸入,地址範圍為 30001-39999。

地址偏移的問題

雖然 Modbus 寄存器地址看似直觀,但在實際應用中,寄存器地址和實際地址之間存在一個偏移量。這是因為 Modbus 協議使用的是 1 為基礎的地址(地址從 1 開始),而大多數計算機系統和設備內部的記憶體地址是 0 為基礎的(地址從 0 開始)。這種差異導致了寄存器地址和實際地址之間通常相差 1 的情況。

例如,如果您想讀取寄存器地址 40001 的值,實際上需要訪問設備內部地址為 0 的位置。這種偏移可能會導致初學者在設定通訊時產生混淆,進而影響資料的正確讀取和寫入。

實際應用中的例子

為了更好地理解,我們來看一個實際的例子。假設您有一個溫度感測器,其溫度值存放在保持暫存器(Holding Register)中,寄存器地址為 40010。

  • 寄存器地址:40010(表示 Holding Register 類型的第 10 個寄存器)
  • 實際地址計算:

步驟如下:

  1. 取寄存器地址的後五位數字:40010 → 0010。
  2. 將後五位數字減去 1:10 - 1 = 9。
  3. 因此,實際地址為 9。

在您的程式或通訊設定中,應該訪問地址 9 才能讀取到正確的溫度值。如果直接使用寄存器地址 40010,可能會導致讀取錯誤的資料或通訊失敗。

如何正確計算實際地址

為了避免在設定通訊時出現錯誤,以下是計算實際地址的詳細步驟:

  1. 確認寄存器類型:確定您要訪問的是哪一種類型的寄存器,如線圈、離散輸入、輸入暫存器或保持暫存器。
  2. 取得寄存器地址:從設備手冊或技術資料中獲取寄存器地址,例如 40010。
  3. 提取後五位數字:將寄存器地址的前一或兩位用於識別寄存器類型,剩下的後五位數字表示實際的寄存器號碼。
  4. 減去 1:將後五位數字減去 1,得到實際地址。例如,40010 的後五位是 0010,減去 1 後得到 9。

這樣計算後,您就可以得到設備內部實際需要訪問的記憶體地址,確保通訊的準確性。

常見的錯誤與解決方法

許多初學者在設定 Modbus 通訊時,會遇到以下常見錯誤:

  • 讀取數據錯誤:由於沒有正確計算實際地址,導致讀取到錯誤的數據。
  • 通訊失敗:實際地址超出設備的地址範圍,導致通訊失敗。
  • 數據解析錯誤:未正確識別寄存器類型,導致數據格式不匹配。

為了解決這些問題,建議採取以下措施:

  • 仔細閱讀設備手冊:不同的設備可能有不同的地址映射和通訊參數,務必仔細閱讀相關技術資料。
  • 使用通訊測試工具:在實際應用前,使用 Modbus 通訊測試工具驗證您的地址和參數設定是否正確。
  • 與設備供應商聯絡:如果仍有疑問,建議直接與設備供應商或技術支持人員聯絡,獲取專業的指導。

最佳實踐建議

為了在 Modbus 通訊中取得最佳效果,以下是一些最佳實踐建議:

  • 統一地址編碼:在整個系統中統一使用實際地址或寄存器地址,避免混淆。
  • 清晰的文件記錄:對於每個設備的地址映射和通訊參數,做好詳細的文件記錄,方便日後維護和查詢。
  • 定期培訓:對於相關人員進行 Modbus 通訊和地址計算的培訓,提高團隊的整體技術水平。

結論

理解 Modbus 寄存器地址與實際地址之間的差異,是成功實施 Modbus 通訊的關鍵。透過正確計算實際地址,仔細閱讀設備手冊,以及採用最佳實踐,您可以避免許多常見的通訊問題。希望這篇文章能夠幫助初學者更清晰地理解這一重要概念,為您的工業自動化項目奠定堅實的基礎。

參考資料

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