西門子CPU模塊6ES72881ST200AA0

基于串行鏈路的Modbus通信網(wǎng)絡(luò)是一種主從式網(wǎng)絡(luò)，在串行網(wǎng)絡(luò)中只允許存在一個(gè)主節(jié)點(diǎn)和*多247個(gè)從節(jié)點(diǎn)，在這種網(wǎng)絡(luò)下，標(biāo)準(zhǔn)ModbusADU中的附加地址域只包含從節(jié)點(diǎn)的地址，可尋址范圍是0~247，地址0作為廣播模式地址使用，從節(jié)點(diǎn)地址的有效取值范圍是1~247，并且每個(gè)從節(jié)點(diǎn)的地址必須是*的，主節(jié)點(diǎn)不存在具體的地址值。主節(jié)點(diǎn)設(shè)備將要訪問的從節(jié)點(diǎn)設(shè)備的地址放入到請(qǐng)求幀的地址域中，當(dāng)該地址的從節(jié)點(diǎn)設(shè)備作出響應(yīng)時(shí)，將會(huì)把從節(jié)點(diǎn)設(shè)備的地址復(fù)制到響應(yīng)幀的地址域中，主節(jié)點(diǎn)設(shè)備通過該地址得知是由哪個(gè)從節(jié)點(diǎn)設(shè)備發(fā)來(lái)的響應(yīng)。

校驗(yàn)域存放了根據(jù)報(bào)文內(nèi)容經(jīng)由冗余校驗(yàn)算法計(jì)算所得到的結(jié)果。在基于串行鏈路的Modbus通信網(wǎng)絡(luò)中有兩種傳輸方式:RTU和ASCII，這兩種傳輸方式的冗余校驗(yàn)算法是不同的。

采用RTU通信模式要比ASCII模式在同樣波特率下能傳輸更多信息，在RTU模式底下是以二進(jìn)制編碼方式對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，報(bào)文中每一個(gè)字節(jié)(8位二進(jìn)制位)包含了兩個(gè)十六進(jìn)制字符，同一報(bào)文內(nèi)的字符必須連續(xù)傳輸。RTU模式字節(jié)傳輸格式由1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位奇偶檢驗(yàn)位和1位停止位依次組成，共占用11位二進(jìn)制位。當(dāng)不使用奇偶檢驗(yàn)時(shí)，奇偶校驗(yàn)位也作停止位使用，此時(shí)共有兩位停止位。RTU傳輸模式下幀的差錯(cuò)校驗(yàn)域內(nèi)存放的是報(bào)文經(jīng)過循環(huán)冗余檢驗(yàn)(CRC)算法計(jì)算得出的結(jié)果。

采用ASCII通信模式時(shí)，每一個(gè)字節(jié)(8位二進(jìn)制位)用兩個(gè)ASCII字符表示。由于每個(gè)字節(jié)都要用兩個(gè)字符表示，數(shù)據(jù)域的長(zhǎng)度是RTU模式的兩倍，顯然在該模式下的傳輸效率要比RTU模式低。該模式的字節(jié)傳輸格式與RTU模式相似，只是數(shù)據(jù)位置占用7個(gè)二進(jìn)制位。ASCII模式下幀的差錯(cuò)檢驗(yàn)算法為縱向冗余校驗(yàn)(LRC)。

Modbus-TCP實(shí)現(xiàn)了在TCP/IP以太網(wǎng)上以客戶/服務(wù)器方式的Modbus報(bào)文通信。這種通信模型是將Modbus協(xié)議作為應(yīng)用層協(xié)議嵌入到低層TCP/IP協(xié)議中構(gòu)成的。與標(biāo)準(zhǔn)Modbus幀相比，Modbus-TCP幀中的尋址與校驗(yàn)交由TCP/IP協(xié)議完成。如圖3所示，使用封裝的方法將ModbusPDU嵌入到TCP報(bào)文中形成Modbus-TCP幀，該幀在PDU之前形成了一個(gè)占用7個(gè)字節(jié)大小的MBAP幀頭，幀頭可以劃分為四部分，如表3所示。

西門子CPU模塊6ES72881ST200AA0

交易標(biāo)識(shí)符用于交易校驗(yàn)，服務(wù)器端節(jié)收到由客戶發(fā)來(lái)的請(qǐng)求交易標(biāo)識(shí)符并復(fù)制到響應(yīng)中。協(xié)議標(biāo)識(shí)符用于系統(tǒng)內(nèi)多路復(fù)用傳輸，取0值時(shí)代表Modbus協(xié)議傳輸。長(zhǎng)度域記錄了該域后續(xù)報(bào)文的字節(jié)長(zhǎng)度(包括設(shè)備識(shí)別符和數(shù)據(jù)域)，用于服務(wù)器識(shí)別報(bào)文的傳輸結(jié)束。設(shè)備標(biāo)識(shí)符用于系統(tǒng)內(nèi)路由，當(dāng)需要與通過以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)連接的Modbus串行鏈路或Modbus-Plus通信網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備進(jìn)行通信時(shí)，該標(biāo)識(shí)符域的值由Modbus-TCP客戶在請(qǐng)求幀中設(shè)置，服務(wù)器接收到后，在響應(yīng)幀中復(fù)制該值。

3Modbus-TCP應(yīng)用

針對(duì)施奈德電氣旗下的Quantum系列PLC，為了加快完成這方面的工作，采用自編寫的程序?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)PLC的四種數(shù)據(jù)類型直接操作。硬件方面，Quantum系列PLC有能提供以太網(wǎng)接口的網(wǎng)絡(luò)模塊，通過底板與CPU通信，它作為Modbus-TCP通信的服務(wù)器，不需要我們做其他編程工作。PLC為上文所陳述的四種數(shù)據(jù)類型定義了四個(gè)獨(dú)立的內(nèi)存區(qū)，其中離散輸入為1區(qū)，線圈為0區(qū)，輸入寄存器為3區(qū)，輸出寄存器為4區(qū)，尋址方式為區(qū)號(hào)加上5位的十進(jìn)制地址，當(dāng)輸入地址不足6位時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)認(rèn)為*位數(shù)值為內(nèi)存分區(qū)號(hào)，其后數(shù)值為該區(qū)域內(nèi)的地址編號(hào)。由于操作的目的在于檢驗(yàn)PLC系統(tǒng)中IO通道的正確性，所需要使用的功能碼有:讀線圈01、讀離散輸入02、讀保持寄存器03、讀輸入寄存器04、寫多線圈15和寫多個(gè)寄存器16。

一次完整的Modbus-TCP通信在時(shí)間上可以劃分為三個(gè)步驟:連接的建立、Modbus數(shù)據(jù)傳輸和連接的釋放。在進(jìn)行Modbus數(shù)據(jù)傳輸之前首先要建立起一個(gè)連接，設(shè)備是通過在502端口提供一個(gè)*口(socket)來(lái)允許與其它設(shè)備建立新連接和進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)某一設(shè)備需要與遠(yuǎn)方的服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，必須通過自身大于1024的端口與服務(wù)器的502端口建立連接。TCP連接建立后，客戶端設(shè)備便可以發(fā)送Modbus請(qǐng)求幀到服務(wù)器，服務(wù)器接收到請(qǐng)求后作出響應(yīng)，向連接客戶的端口發(fā)送響應(yīng)報(bào)文。傳輸結(jié)束時(shí)，客戶端負(fù)責(zé)進(jìn)行釋放通信連接的初始化工作。歡迎轉(zhuǎn)載，本文來(lái)自電子發(fā)燒友網(wǎng)

程序在DOS模式下運(yùn)行，提供有以下運(yùn)行參數(shù):

-ip:即目標(biāo)服務(wù)器的IP地址;

-p:PLC的Modbus通信端口，默認(rèn)值為502;

-c:服務(wù)器執(zhí)行功能碼的操作對(duì)象數(shù)量;

-r:操作的起始地址;

-w:寫操作參數(shù);

-a:自動(dòng)操作模式;

西門子CPU模塊6ES72881ST200AA0-t:自動(dòng)操作的時(shí)間間隔;

-b:線圈寫操作的布爾值。

4結(jié)束語(yǔ)

通過以太網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)直接讀寫PLC數(shù)據(jù)，使得廠級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)能夠直接與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信，監(jiān)控人員能夠在熟悉的計(jì)算機(jī)畫面上對(duì)PLC通道進(jìn)行檢測(cè)，與依靠人為施加信號(hào)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)相比，前者明顯地降低了操作人員的工作量，而且當(dāng)需要檢測(cè)的IO點(diǎn)數(shù)量越大時(shí)，效率越高。本程序只是Modbus與TCP/IP協(xié)議結(jié)合的一個(gè)簡(jiǎn)單應(yīng)用，雖然以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和抗干擾性已得到很大的發(fā)展，但要把以太網(wǎng)真正應(yīng)用到實(shí)際的控制中還有很多技術(shù)難題，這還要走很長(zhǎng)一段路。不過以太網(wǎng)進(jìn)入自動(dòng)控制領(lǐng)域已是必然趨勢(shì)，它將使控制變得更加簡(jiǎn)單和清楚。