10.3.1. 网络拓扑

图10.1 网络拓扑

10.3.2. RTU模式

10.3.2.1. RTU通讯帧结构

当控制器设为在Modbus 网络上以RTU模式通讯，在消息中的每个8Bit字节包含两个4Bit的十六进制字符。这种方式的主要优点是：在同样的波特率下，可比ASCII方式传送更多的数据。

代码系统

• 1个起始位。

• 7或8个数据位，最小的有效位先发送。8位二进制，每个8位的帧域中，包括两个十六进制字符（0...9，A...F）。

• 1个奇偶校验位，无校验则无。

• 1个停止位（有校验时），2个Bit（无校验时）。

错误检测域

• CRC（循环冗长检测）。

数据格式的描述如下表：

11-bit字符帧（BIT1~BIT8为数据位）：

10-bit字符帧（BIT1~BIT7为数据位）：

一个字符帧中，真正起作用的是数据位。起始位、检验位和停止位的加入只是为了将数据位正确地传输到对方设备。在实际应用时一定要将数据位,、奇偶校验、停止位设为一致。

在RTU模式中，新帧总是以至少3.5个字节的传输时间静默作为开始。在以波特率计算传输速率的网络上，3.5个字节的传输时间可以轻松把握。紧接着传输的数据域依次为：从机地址、操作命令码、数据和CRC校验字，每个域传输字节都是十六进制的0...9，A...F。网络设备始终监视着通讯总线的活动。当接收到第一个域（地址信息），每个网络设备都对该字节进行确认。随着最后一个字节的传输完成，又有一段类似的3.5个字节的传输时间间隔，用来表识本帧的结束，在此以后，将开始一个新帧的传送。

一个帧的信息必须以一个连续的数据流进行传输，如果整个帧传输结束前有超过1.5个字节以上的间隔时间，接收设备将清除这些不完整的信息，并错误认为随后一个字节是新一帧的地址域部分，同样的，如果一个新帧的开始与前一个帧的间隔时间小于3.5个字节时间，接收设备将认为它是前一帧的继续，由于帧的错乱，最终CRC校验值不正确，导致通讯故障。

RTU帧的标准结构：

10.3.2.2. RTU通讯帧错误校验方式

数据在传输的过程中，有时因为各种因素使数据发生了错误。如果没有校验，接收数据的设备就不知道信息是错误的，这时它可能做出错误的响应。这个错误的响应可能会导致严重的后果，所以信息必须要有校验。

校验的思路是，发送方将发送的数据按照一种固定的算法算出一个结果，并将这个结果加在信息的后面一起发送。接收方在收到信息后，根据那种算法将数据算出一个结果，再将这个结果和发送方发来的结果比较。如果比较结果相同，证明这信息是正确的，否则认为信息是错误的。

帧的错误校验方式主要包括两个部分的校验，即单字节的位校验（奇/偶校验，也即字符帧中的校验位）和帧的整个数据校验（CRC校验）。

字节位校验（奇偶校验）

用户可以根据需要选择不同的位校验方式，也可以选择无校验，这将影响每个字节的校验位设置。

偶校验的含义：在数据传输前附加一位偶校验位，用来表示传输的数据中"1"的个数是奇数还是偶数，为偶数时，校验位置为"0"，否则置为"1"，用以保持数据的奇偶性不变。

奇校验的含义：在数据传输前附加一位奇校验位，用来表示传输的数据中"1"的个数是奇数还是偶数，为奇数时，校验位置为"0"，否则置为"1"，用以保持数据的奇偶性不变。

例如，需要传输数据位为"11001110"，数据中含5个"1"，如果用偶校验，其偶校验位为"1"，如果用奇校验，其奇校验位为"0"，传输数据时，奇偶校验位经过计算放在帧的校验位的位置，接收设备也要进行奇偶校验，如果发现接受的数据的奇偶性与预置的不一致，就认为通讯发生了错误。

CRC校验方式---CRC（Cyclical Redundancy Check）

使用RTU帧格式，帧包括了基于CRC方法计算的帧错误检测域。CRC域检测了整个帧的内容。CRC域是两个字节，包含16位的二进制值。它由传输设备计算后加入到帧中。接收设备重新计算收到帧的CRC，并与接收到的CRC域中的值比较，如果两个CRC值不相等，则说明传输有错误。

CRC是先存入0xFFFF，然后调用一个过程将帧中连续的6个以上字节与当前寄存器中的值进行处理。仅每个字符中的8Bit数据对CRC有效，起始位和停止位以及奇偶校验位均无效。

CRC产生过程中，每个8位字符都单独和寄存器内容相异或（XOR），结果向最低有效位方向移动，最高有效位以0填充。LSB被提取出来检测，如果LSB为1，寄存器单独和预置的值相异或，如果LSB为0，则不进行。整个过程要重复8次。在最后一位（第8位）完成后，下一个8位字节又单独和寄存器的当前值相异或。最终寄存器中的值，是帧中所有的字节都执行之后的CRC值。

CRC的这种计算方法，采用的是国际标准的CRC校验法则，用户在编辑CRC算法时，可以参考相关标准的CRC算法，编写出真正符合要求的CRC计算程序。

现在提供一个CRC计算的简单函数给用户参考（用C语言编程）：

unsigned int crc_cal_value（unsigned char*data_value,unsigned char data_length）

{

         int i;

         unsigned int crc_value=0xffff;

         while（data_length--）

         {

                   crc_value^=*data_value++;

                   for（i=0;i<8;i++）

                   {

                            if（crc_value&0x0001）

                                     crc_value=（crc_value>>1）^0xa001;

                            else

                                     crc_value=crc_value>>1;

                   }

         }

         return（crc_value）;

}

在阶梯逻辑中，CKSM根据帧内容计算CRC值，采用查表法计算，这种方法程序简单，运算速度快，但程序所占用ROM空间较大，对程序空间有要求的场合，请谨慎使用。

10.3.3. RTU命令码及通讯数据描述

10.3.3.1. 命令码：03H，读取N个字（最多可以连续读取16个字）

命令码03H表示主机向变频器读取数据，要读取多少个数据由命令中“数据个数”而定，最多可以读取16个数据。读取的参数地址必须是连续的。每个数据占用的字节长度为2字节，也即一个字（word）。以下命令格式均以16进制表示（数字后跟一个“H”表示16进制数字），一个16进制占用一个字节。

该命令的作用是读取变频器的参数及工作状态等。

例如：从地址为01H的变频器，从数据地址为0004H开始，读取连续的2个数据内容（也就是读取数据地址为0004H和0005H的内容），则该帧的结构描述如下：

RTU主机命令信息（主机发送给变频器的命令）：

START和END中T1-T2-T3-T4（3.5个字节的传输时间）是指让RS485最少保持3.5个字节的传输时间为空闲。这使两条信息之间有一定的空闲时间，来区分两条信息，保证不会让设备误将两条信息当作一条信息。

ADDR为01H表示该命令信息是向地址为01H的变频器发送的信息，ADDR占用一个字节；

CMD为03H表示该命令信息是向变频器读取数据，CMD占用一个字节；

“起始地址”表示从该地址开始读取数据。“起始地址”占两个字节，高位在前低位在后。

“数据个数”表示读取的数据的个数，单位为字。“起始地址”为0004H，“数据个数”为0002H，表示读取0004H和0005H这两个地址的数据。

CRC检验占两个字节，低位在前，高位在后。

RTU从机回应信息（变频器发送给主机的信息）：

回应信息的含义为：

ADDR为01H表示该信息是由地址为01H的变频器发送过来的信息，ADDR占用一个字节；

CMD为03H表示该信息是变频器响应主机读取命令（03H）而发给主机的信息，CMD占用一个字节；

“字节个数”表示从该字节开始（不包含）到CRC字节为止（不包含）的所有字节数。这里为04表示从“字节个数”到“CRC低位”之间有4个字节的数据，也即“地址0004H数据高位”、“地址0004H数据低位”、“地址0005H数据高位”、“地址0005H数据低位”这四个字节；

一个数据所存储的数据为两个字节，高位在前，低位在后。从信息中可以看出数据地址为0004H中的数据为1388H，数据地址为0005H中的数据为0000H。

CRC检验占两个字节，低位在前，高位在后。

10.3.3.2. 命令码：06H，写一个字

该命令表示主机向变频器写数据，一条命令只能写一个数据，不能写多个数据。它的作用是改变变频器的参数及工作方式等。

例如：将5000（1388H）写到从机地址02H变频器的0004H地址处。则该帧的结构描述如下：

RTU主机命令信息（主机发送给变频器的命令）：

RTU从机回应信息（变频器发送给主机的信息）：

注：在10.3.3节和10.3.4节主要介绍命令的格式，具体的用法将在10.3.7节以举例说明。

10.3.3.3. 命令码：08H，诊断功能

子功能码的意义：

例如：对驱动器地址01H做回路侦测询问讯息字串内容与回应讯息字串内容相同，其格式如下：

RTU主机命令信息：

RTU从机回应信息：

10.3.3.4. 命令码：10H，连写功能

命令码10H表示主机向变频器写数据，要写多少个数据由命令“数据个数”而定，最多可以连写16个数据。

例如：将5000（1388H）写到从机地址02H变频器的0004H、50（0032H）写到从机地址02H变频器的0005H地址处。则该帧的结构描述如下：

RTU主机命令信息（主机发送给变频器的命令）：

RTU从机回应信息（变频器发送给主机的信息）：

10.3.4. 数据地址的定义

该部分是通讯数据的地址定义，用于控制变频器的运行、获取变频器状态信息及变频器相关功能参数设定等。

10.3.4.1. 功能码地址表示规则

功能码地址占两个字节，高位在前，低位在后。高、低字节的范围分别为：高位字节—00~ffH；低位字节—00~ffH。高字节为功能码点号前的组号，低字节为功能码点号后的数字，但都要转换成十六进制。如P05.02，功能码点号前的组号为05，则参数地址高位为05，功能码点号后的数字为02，则参数地址低位为02，用十六进制表示该功能码地址为0502H。再比如功能码为P10.01的参数地址为0A01H。

注意：

• P99组为厂家设定参数，既不可读取该组参数，也不可更改该组参数；有些参数在变频器处于运行状态时，不可更改；有些参数不论变频器处于何种状态，均不可更改；更改功能码参数，还要注意参数的设定范围、单位及相关说明。

• 由于EEPROM频繁被存储，会减少EEPROM的使用寿命。对于用户而言，有些功能码在通讯的模式下，无需存储，只需更改片内RAM中的值就可以满足使用要求。要实现该功能，只要把对应的功能码地址最高位由0变成1就可以实现。如：功能码P00.07不存储到EEPROM中，只修改RAM中的值，可将地址设置为8007H。该地址只能用作写片内RAM时使用，不能用做读的功能，如做读为无效地址。

10.3.4.2. Modbus其他功能的地址说明

主机除了可以对变频器的参数进行操作之外，还可以控制变频器，比如运行、停机等，还可以监视变频器的工作状态。下表为其他功能的参数表：

R/W特性表示该功能是读/写特性，比如“通讯控制命令”为写特性，用写命令（06H）对变频器进行控制。R特性只能读不能写，W特性只能写不能读。

注意：利用上表对变频器进行操作时，有些参数必须使能才能起作用。比如用运行和停机操作，必须将“运行指令通道”（P00.01）设为“通讯运行指令通道”，同时还要将“通讯运行指令通道选择”（P00.02）设为“Modbus通讯通道”；再比如对“PID给定”操作时，要将“PID给定源选择”（P09.00）设为“Modbus通讯设定”。

设备代码的编码规则表（对应变频器识别代码2103H）

10.3.5. 现场总线比例值

在实际的运用中，通讯数据是用十六进制表示的，而16进制无法表示小数点。比如50.12Hz，这用十六进制无法表示，我们可以将50.12放大100倍变为整数（5012），这样就可以用十六进制的1394H（即十进制的5012）表示50.12了。

将一个非整数乘以一个倍数得到一个整数，这个倍数称为现场总线比例值。

现场总线比例值是以功能参数表里“设定范围”或者“缺省值”里的数值的小数点为参考依据的。如果小数点后有n位小数（例如n=1），则现场总线比例值m为10的n次方（m=10）。以下图为例：

“设定范围”或者“缺省值”有一位小数，则现场总线比例值为10。如果上位机收到的数值为50，则变频器的“休眠恢复延时时间”为5.0（5.0=50÷10）。

如果用Modbus通讯控制休眠恢复延时时间为5.0s。首先将5.0按比例放大10倍变成整数50，也即32H。然后发送写指令：

变频器在收到该指令之后，按照现场总线比例值约定将50变成5.0，再将休眠恢复延时时间设置为5.0s。

再比如，上位机在发完读“休眠恢复延时时间”参数指令之后，主机收到变频器的回应信息如下：

因为参数数据为0032H，也即50，将50按比例约定除以10变成5.0。这时主机就知道休眠恢复延时时间为5.0s。

10.3.6. 错误消息回应

在通讯控制中难免会有操作错误，比如有些参数只能读不能写，结果发送了一条写指令，这时变频器将会发回一条错误消息回应信息。

错误消息回应是变频器发给主机的，它的代码和含义如下表：

当从设备回应时，它使用功能代码域与故障地址来指示是正常回应（无误）还是有某种错误发生（称作异议回应）。对正常回应，从设备回应相应的功能代码和数据地址或子功能码。对异议回应，从设备返回一等同于正常代码的代码，但最首的位置为逻辑1。

例如：一主设备发往从设备的消息要求读一组变频器功能码地址数据，将产生如下功能代码：

0 0 0 0 0 0 1 1 （十六进制03H）

对正常回应，从设备回应同样的功能码。对异议回应，它返回：

1 0 0 0 0 0 1 1 （十六进制83H）

除功能代码因异议错误作了修改外，从设备将回应一字节异常码，这定义了产生异常的原因。主设备应用程序得到异议的回应后，典型的处理过程是重发消息，或者针对相应的故障进行命令更改。

比如，将地址为01H的变频器的“运行指令通道”（P00.01,参数地址为0001H）设为03，指令如下：

但是“运行指令通道”的设定范围只为0~2，设置为3就超出了范围，这时变频器将会返回错误消息回应信息。回应信息如下：

异常回应码86H（由06H最高位置“1”而成）表示为写指令（06H）的异常回应；错误代码04H，从上表中可以看出，它的名称为“操作失败”，含义是“参数写操作中对该参数设置为无效设置”。

10.3.7. 读写操作举例

读写指令格式参见10.3.3.1和10.3.3.2节。

10.3.7.1. 读指令03H举例

例1：读取地址为01H的变频器的状态字1。从“其他功能的参数表”中可知，变频器状态字1的参数地址为2100H。

给变频器发送的读命令：

假设回应信息如下：

变频器返回的数据内容为0003H，从表中可知变频器处于停机中。

例2：通过指令查看地址为03H的变频器的“当前故障类型”到“前5次故障类型”，对应的功能码为P07.27~P07.32，对应的参数地址为071BH~0720H（从071BH起连续6个）。

给变频器发送的命令为：

假设回应信息如下：

从返回的数据来看，所有的故障类型都是0023H，也就是十进制的35，含义为失调故障（STo）。

10.3.7.2. 写指令06H举例

例1：将地址为03H的变频器正转运行。参见“其他功能的参数表”，“通讯控制命令”的地址为2000H，正转运行为0001。见下图。

主机发送的命令为：

如果操作成功，返回的回应信息如下（和主机发送的命令一样）：

例2：将地址为03H的变频器的“最大输出频率”设为100Hz。

由小数点位数来看，“最大输出频率”（P00.03）现场总线比例值为100。将100Hz乘上比例值100得

10000，对应的十六进制为2710H。

主机发送的命令为：

如果操作成功，返回的回应信息如下（和主机发送的命令一样）：

注意：上述指令中加空格只是便于说明，在实际运用中不要在指令中加空格。

10.3.7.3. 连写指令10H举例

例1：将地址为01H的变频器正转运行10Hz，见“其他功能的参数表” “通讯控制命令”地址为2000H，正转运行为0001。“通讯设定频率”地址为2001H，10Hz对应的十六进制为03E8H，见下表：

具体操作为设置P00.01为2，P00.06为8。

主机发送的命令为：

如果操作成功，返回的回应信息如下：

例2：将地址为01H的变频器的“加速时间”设为10s，减速时间设为20s。

P00.11对应的参数地址为000B，加速时间10s对应的十六进制为0064H，减速时间20s对应的十六进制为00C8H

主机发送的命令为：

如果操作成功，返回的回应信息如下：

注意：上述指令中加空格只是便于说明，在实际运用中不要在指令中加空格。

10.3.7.4. Modbus通讯调试举例

主机为PC机，用RS232-RS485转换器进行信号转换，转换器所使用PC的串口为COM1（RS232端口）。上位机调试软件为串口调试助手，该软件可以在网上搜索下载，下载时尽量找带自动加CRC校验功能的。下图为所使用的串口调试助手的界面。

首先将“串口”选择COM1。波特率要与P14.01设置一致。数据位、校验位、停止位一定要与P14.02中设置的一致。因为使用的是RTU模式，所以选择十六进制的“HEX”。要软件自动加上CRC，一定要选上，并且选择CRC16（ModbusRTU），起始字节为1。一旦使能了自动加CRC校验，在填指令时就不要再填CRC了，否则会重复而导致指令错误。

调试指令为将地址为03H的变频器正转运行（10.4.7例1），即指令：

注意：

1、变频器地址（P14.00）一定设为03；

2、将“运行指令通道”（P00.01）设为“通讯运行指令通道”，同时还要将“通讯运行指令通道选择”（P00.02）设为“Modbus通讯通道”；

3、点击发送，如果线路和设置都正确，会收到变频器发过来的回应信息。

10.3.8. 相关参数

表 10.3逆变单元相关参数

表10.4 整流单元相关参数