【TS-8515A 】Modbus协议多主机智能管理器 陕西天顺
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TS-8515-A
modbus协议多主机智能管理器
（Modbus协议通讯主机代理器、modbus集线器）
版本：V2.0
前言：
解决MODBUS RTU/ACSII通讯中不能有两个上位机的问题。将该模块接到多个主机与从机之间，通过该模块的信号转接，实现两个以上主机同时与多个从机的通讯。
▊重要升级：
针对Modbus中有时候返回数据较长，返回数据长度达到几百甚至上千个字节，对原有系统做了以下优化：
（1）将数据缓冲区扩大到8K字节，保证设备有足够的空间接收设备（从机）返回的数据；
（2）存贮主机命令的堆栈扩大到4*50条命令，命令长度增加到260个字节；
（3）优化数据收发逻辑关系，增加数据返回接收状态标记，保证设备可靠稳定运行。
（4）彻底解决可能存在的散热问题，主芯片增加散热片和导热硅胶。
优化后的设备已经解决了返回数据很长的问题，可以用于长数据的modbus通讯。
【TS-8515-A】工业级Modbus协议多主机智能管理器系统时间计算方法：
（1）主机发送命令，管理器接收，t1；
（2）管理机将命令压入堆栈，等待向从机发送，如果堆栈没有多余数据，此时间可以忽略，t2;
（3）管理机向从机发送命令，t3；
（4）从机接受命令，处理，返回数据，如果数据很长，数据传输可能在几秒，在70ms内没有新数据，即认为数据传输结束，t4；
（5）管理机接收数据，向主机转发，t5。
主机发送命令到接收返回数据，总时间为t=t1+t2+t3+t4+t5，主机周期性向从机发送命令是就应该考虑管理机与从机处理命令的时间是否够用，特别是在返回数据很长时，更要注意。
▊功能简介：
Modbus是一种串行通信协议，是Modicon公司于1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准，并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。
大多数Modbus设备通信通过串口EIA-485物理层进行，RS-485是半双工通讯。
Modbus协议是一个master/slave（主/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。在Modbus网络中，只有被指定为主节点的节点可以启动一个命令（在以太网上，任何一个设备都能发送一个Modbus命令，但是通常也只有一个主节点设备启动指令）。
所以Modbus串行链路协议是一个主-从协议。在同一时刻，只有一个主节点连接于总线，一个或多个子节点连接于同一个串行总线。Modbus通信总是由主节点发起。子节点在没有收到来自主节点的请求时，从不会发送数据。
如果Modbus通讯网络中存在多主机时，如图（1），存在以下问题：（1）两个主机同时在向基于RS485（半双工）通讯的总线发送数据时，RS485总线中会同时收到两条命令，两条命令叠加在一起时，产生总线竞争或冲突，两条命令都变成的乱码，从机（传感器、智能仪表灯）不能识别的Modbus命令。
两条命令即使没有叠加在一起，但是总线接收的命令多了一倍，并且时间间隔存在不确定性，实际测试，发现△t小于50ms时，会造成从机来不及反应，最终造成数据丢失。
但是在现实的工业通讯中，很多时候需要两个以上主机应用：
（1）两个以上主机都希望对所有从机发送命令和接受数据；
（2）旧系统改造时，对原控制主机和系统不能有任何改变，必须保证原系统还能正常运行，使用增加的主机与原来从机或更多的从机通讯，这时，对总线上的数据不进行必要处理，总线通常会很快崩溃。这种情况在实际的工程改造应用中非常多。
依据modbus协议的要求和针对目前的技术现状，提出以下设计方案，目的使modbus多主机通讯更加符合工业通讯实际应用，让此类通讯更加稳定。
解决MODBUS RTU/ACSII通讯中不能有两个上位机的问题。将该模块接到多个主机与从机之间，通过该模块的信号转接，实现两个以上主机同时与多个从机的通讯。
▊产品特性：
1、采用主机代理方式：所有modbus主机只直接与代理主机通讯，用四个（或多个）RS485/RS232端口同时与各个modbus主机通讯。
2、代理主机从堆栈中按先进先出原则分别取出modbus通讯主机命令，向从机总线发送命令。
微处理器从4个（或多个）端口得到modbus通讯主机的命令后，进行CRC校验后，将正确的命令压入堆栈。从端口5得到的返回数据进行CRC校验后，将返回数据传送到对应主机的端口。
3、发送modbus通讯主机命令时间间隔可以设定，按照工业系统的可靠性和稳定性原则，设计发送命令时间间隔最小时间为250ms。如果系统中有两台modbus通讯主机，则需要设定modbus通讯主机的发送命令时间间隔为500ms（一般默认值）。依次类推。
4、系统使用堆栈，并且周期取出存贮命令，所以不会造成存贮或数据溢出。
5、系统的稳定性和可靠性也是预知的。稳定的发送命令时间间隔是可以计算的。
6、如果发生个别从机故障或者线路故障，系统不会一直处于等待状态，其他的主机和从机仍能正常工作。
7、此设备已通过实际测试和得到现场应用。
▊技术指标：
电 源：DC9-30V供电
工作电流：DC24V
通讯速率：300-115.2Kbps，默认9600 8 N 1
端口数量：主机端口4个，从机端口1个（RS485总线理论为256节点）。
隔离保护：信号隔离电压 5000V；电源隔离 1000V
通讯距离：RS-485/422侧的通讯距离1.5Km
最多节点数：RS-485为128节点
协议标准： RS-485符合TIA/EIA-485-A标准；RS-422符合EIA-422-A标准；支持MODBUS RTU或MODBUS RTU/ACSII协议进行透传，不区分命令。
防护电压：15KV静电保护，600W/ms雷电防护；电磁兼容符合GB/T 17626《电磁兼容 试验和测量技术》中的IEC61000-4-5中关于浪涌测试要求。
尺寸大小：工业导轨槽模块(126mm×90mm×34mm)
工作温度：-45℃～85℃
▊调试与运行：
在运行时，可以同时使用4台modbus主机对原modbus网络中不同设备同事读取状态信息。
▊参数配置：
通讯采用MODBUS RTU或MODBUS RTU/ACSII协议进行透传，常用的命令均可使用。
默认参数：4个主机端口和1个从机端口的波特率微9600 8 N 1。
1、硬件连接：
A+，B-：接下位机（从设备）
A1+，B1-：接上位机1 （modbus主机）
A2+，B2-：接上位机2（modbus主机）
A3+，B3-：接上位机3 （modbus主机）
A4+，B4-：接上位机4（modbus主机）
2、该模块要设置的参数有：
（1）串口设置：
波特率：可以设置（300~115200bps）
数据据位：8位
停止位：1位
校验：无
波特率：300bps~115200bps常用波特率（出厂设置为9600bps）
（2）下位机最大响应时间：70ms~65535ms（出厂设置为70ms）。在接收主机或者从机的命令过程中，将数据在缓冲区保存，在等待70ms后，没有新数据，就认为该命令结束，然后将数据转发。
3、该模块设置参数的方法
- （1）先将模块的INIT端与GND端用导线连接，然后接通电源。
- （2）使用串口调试工具，计算机的串口设置为：9600，8，1，N。
（3）通过（A+，B-）、（A1+，B1-）、（A2+，B2-）、（A3+，B3-）或（A4+，B4-），使用 MODBUS RTU协议的命令3可以读取该模块内部的参数，格式如下： 01 03 00 00 00 03 05 CB
设备地址：01，命令：03，起始寄存器地址：0，寄存器数量：3。
模块响应数据如下： 01 03 06 00 00 25 80 00 46 AA 63
返回3个寄存器的数据：第1个寄存器（00 00）为波特率的高16位字，第2个寄存器（25 80）为波特率的低16位字，第3个寄存器（00 46）为下位机最大响应时间的16位字。
00 00 25 80 对应波特率9600。（十进制）
00 00 4B 00 对应波特率19200。（十进制）
00 01 C2 00 对应波特率115200。（十进制）
00 46对应模块响应时间最大间隔微70ms。
（4）、通过（A+，B-）、（A1+，B1-）、（A2+，B2-）、（A3+，B3-）或（A4+，B4-），使用MODBUS RTU协议的命令16可以设置该模块的参数，格式如下：
01 10 00 00 00 03 06 00 01 C2 00 00 46 67 0A
设备地址：1，命令：16，起始寄存器地址：0，寄存器数量：3。共有6个字节数据：前4个字节数据（00 01 C2 00）为波特率的32位数据，后2个字节数据（00 46）为下位机最大响应时间的16位数据。
模块响应数据如下：01 10 00 00 00 03 80 08
（5）、配置完成后，断开电源，断开INIT与GND的连接，10秒钟后重新加电。进入正常运行状态。
▊产品图片：
▊注意事项：
在使用多主机对原设备控制时，和原modbus网络相比，通讯的数据量还是会增加，所以每台modbus主机在发送命令的时间间隔在250ms以上。比如有4台modbus主机，建议每台主机发送命令的时间间隔在1000ms。
▊设置参数命令：
设置波特率和等待时间命令：
9600bps 70ms：
01 10 00 00 00 03 06 00 00 25 80 00 46 6D 96
19200bps 70ms：
01 10 00 00 00 03 06 00 00 4B 00 00 46 70 96
38400bps 70ms：
01 10 00 00 00 03 06 00 00 96 00 00 46 4A FA
115200bps 70ms：
01 10 00 00 00 03 06 00 01 C2 00 00 46 67 0A
9600bps 150ms：
01 10 00 00 00 03 06 00 00 25 80 00 96 6C 0A
9600bps 300ms：
01 10 00 00 00 03 06 00 00 25 80 01 2C EC 29
9600bps 500ms：
01 10 00 00 00 03 06 00 00 25 80 01 F4 EC 73
9600bps 1000ms：
01 10 00 00 00 03 06 00 00 25 80 03 E8 EC DA
9600bps 2000ms：
01 10 00 00 00 03 06 00 00 25 80 07 D0 EF C8
9600bps 3000ms：
01 10 00 00 00 03 06 00 00 25 80 0B B8 EB 26
9600bps 4000ms：
01 10 00 00 00 03 06 00 00 25 80 0F A0 E9 EC
9600bps 5000ms：
01 10 00 00 00 03 06 00 00 25 80 13 88 E1 32
9600bps 6000ms：
01 10 00 00 00 03 06 00 00 25 80 17 70 E2 70
9600bps 7000ms：
01 10 00 00 00 03 06 00 00 25 80 1B 58 E7 6E
9600bps 8000ms：
01 10 00 00 00 03 06 00 00 25 80 1F 40 E5 A4
9600bps 9000ms：
01 10 00 00 00 03 06 00 00 25 80 23 28 F5 4A
返回数据 01 10 00 00 00 03 80 08
▊测试数据：
主机1 Rx:1051-10:12:55.012-04 02 01 00 A1 44 Tx:1052-10:12:55.032-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:1053-10:12:55.380-04 02 01 00 A1 44 Tx:1054-10:12:55.400-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:1055-10:12:55.748-04 02 01 00 A1 44 Tx:1056-10:12:55.768-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:1057-10:12:56.132-04 02 01 00 A1 44 Tx:1058-10:12:56.152-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:1059-10:12:56.499-04 02 01 00 A1 44 Tx:1060-10:12:56.519-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:1061-10:12:56.867-04 02 01 00 A1 44 Tx:1062-10:12:56.887-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:1063-10:12:57.251-04 02 01 00 A1 44 Tx:1064-10:12:57.271-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:1065-10:12:57.619-04 02 01 00 A1 44 Tx:1066-10:12:57.639-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:1067-10:12:57.987-04 02 01 00 A1 44 Tx:1068-10:12:58.007-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:1069-10:12:58.371-04 02 01 00 A1 44 Tx:1070-10:12:58.391-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:1071-10:12:58.739-04 02 01 00 A1 44 Tx:1072-10:12:58.759-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:1073-10:12:59.107-04 02 01 00 A1 44 Tx:1074-10:12:59.127-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:1075-10:12:59.491-04 02 01 00 A1 44 Tx:1076-10:12:59.511-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:1077-10:12:59.859-04 02 01 00 A1 44 Tx:1078-10:12:59.879-04 02 00 00 00 02 F9 9E 主机2
Rx:304-10:12:55.092-01 02 01 00 A1 88 Tx:305-10:12:55.112-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:306-10:12:55.460-01 02 01 00 A1 88 Tx:307-10:12:55.480-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:308-10:12:55.844-01 02 01 00 A1 88 Tx:309-10:12:55.864-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:310-10:12:56.212-01 02 01 00 A1 88 Tx:311-10:12:56.232-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:312-10:12:56.579-01 02 01 00 A1 88 Tx:313-10:12:56.599-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:314-10:12:56.963-01 02 01 00 A1 88 Tx:315-10:12:56.983-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:316-10:12:57.331-01 02 01 00 A1 88 Tx:317-10:12:57.351-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:318-10:12:57.699-01 02 01 00 A1 88 Tx:319-10:12:57.719-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:320-10:12:58.083-01 02 01 00 A1 88 Tx:321-10:12:58.103-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:322-10:12:58.451-01 02 01 00 A1 88 Tx:323-10:12:58.471-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:324-10:12:58.835-01 02 01 00 A1 88 Tx:325-10:12:58.855-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:326-10:12:59.203-01 02 01 00 A1 88 Tx:327-10:12:59.223-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:328-10:12:59.571-01 02 01 00 A1 88 Tx:329-10:12:59.591-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:330-10:12:59.955-01 02 01 00 A1 88 Tx:331-10:12:59.975-01 02 00 00 00 02 F9 CB 主机3
Rx:300-10:12:55.188-01 02 01 00 A1 88 Tx:301-10:12:55.208-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:302-10:12:55.556-01 02 01 00 A1 88 Tx:303-10:12:55.576-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:304-10:12:55.923-01 02 01 00 A1 88 Tx:305-10:12:55.943-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:306-10:12:56.307-01 02 01 00 A1 88 Tx:307-10:12:56.327-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:308-10:12:56.675-01 02 01 00 A1 88 Tx:309-10:12:56.695-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:310-10:12:57.043-01 02 01 00 A1 88 Tx:311-10:12:57.063-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:312-10:12:57.427-01 02 01 00 A1 88 Tx:313-10:12:57.447-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:314-10:12:57.795-01 02 01 00 A1 88 Tx:315-10:12:57.815-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:316-10:12:58.163-01 02 01 00 A1 88 Tx:317-10:12:58.183-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:318-10:12:58.547-01 02 01 00 A1 88 Tx:319-10:12:58.567-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:320-10:12:58.915-01 02 01 00 A1 88 Tx:321-10:12:58.935-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:322-10:12:59.283-01 02 01 00 A1 88 Tx:323-10:12:59.303-01 02 00 00 00 02 F9 CB Rx:324-10:12:59.667-01 02 01 00 A1 88 Tx:325-10:12:59.687-01 02 00 00 00 02 F9 CB
主机4：
Rx:351-10:12:55.284-04 02 01 00 A1 44 Tx:352-10:12:55.304-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:353-10:12:55.652-04 02 01 00 A1 44 Tx:354-10:12:55.672-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:355-10:12:56.020-04 02 01 00 A1 44 Tx:356-10:12:56.040-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:357-10:12:56.403-04 02 01 00 A1 44 Tx:358-10:12:56.423-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:359-10:12:56.771-04 02 01 00 A1 44 Tx:360-10:12:56.791-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:361-10:12:57.140-04 02 01 00 A1 44 Tx:362-10:12:57.160-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:363-10:12:57.523-04 02 01 00 A1 44 Tx:364-10:12:57.543-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:365-10:12:57.891-04 02 01 00 A1 44 Tx:366-10:12:57.911-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:367-10:12:58.275-04 02 01 00 A1 44 Tx:368-10:12:58.295-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:369-10:12:58.643-04 02 01 00 A1 44 Tx:370-10:12:58.663-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:371-10:12:59.011-04 02 01 00 A1 44 Tx:372-10:12:59.031-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:373-10:12:59.395-04 02 01 00 A1 44 Tx:374-10:12:59.415-04 02 00 00 00 02 F9 9E Rx:375-10:12:59.763-04 02 01 00 A1 44 Tx:376-10:12:59.783-04 02 00 00 00 02 F9 9E
