基于PLC的Modbus通信協(xié)議的實(shí)現

　　考慮到操作的方便性, 在系統初次安裝時(shí), 先在PC 機上用上位機軟件將所有傳感器的ID 搜索出來(lái), 然后按實(shí)際安裝位置給每個(gè)傳感器編號, 讀溫度測試傳感器是否工作正常。在PLC 上使用Mo dbus協(xié)議通信時(shí)首先要對通信格式進(jìn)行設定, 即對D8120 寄存器進(jìn)行寫(xiě)操作, 在本系統條件下設置為0C87 , 即數據長(cháng)度為8 位, 無(wú)校驗, 無(wú)起始位與停止位, 波特率9 600 bps。 修改D8120 設置后, 確保通斷PLC 電源一次。 再用RS 指令進(jìn)行數據的傳輸, 相關(guān)程序格式如圖4 所示。

圖4 RS 指令程序格式

　　按照上述程序格式, 即可在數據發(fā)送區寫(xiě)入指令進(jìn)行相應的操作。

　　1) 讀取溫度, 其指令格式: [ 設備地址] [ 命令號] [ 通道號] [ 傳感器編號] [ 讀取個(gè)數高8 位] [ 低8位] [ CRC 低8 位] [ CRC 高8 位] , 其中CRC 校驗字節以子程序形式調用. 設備響應: [ 設備地址] [ 命令號] [ 返回的字節個(gè)數] [ 數據1] [ 數據2] . . . [ 數據n] [ CRC 低8 位] [ CRC 高8 位] 。

　　每個(gè)18b20 讀取溫度的返回值占用兩個(gè)字節.

　　轉換方法: 將實(shí)際溫度擴大100 倍, 再將此數值分為兩個(gè)字節傳送出來(lái)即可. 例如, 實(shí)測出來(lái)溫度是28.65℃ , 擴大100 倍即2 865, 則發(fā)送的第一個(gè)字節是2 865/ 256 即是11, 第二個(gè)字節是2 865% 256 即49, 那么傳送的兩個(gè)字節為0×0B 和0×31。

　　需要注意的是, 由于采用兩線(xiàn)制的485 連線(xiàn)方式, 會(huì )產(chǎn)生回波通信, 即接收端會(huì )先接收到自己發(fā)送出去的數據, 但數據還是會(huì )正常發(fā)送給采集模塊, 此時(shí)接收端則應該避開(kāi)前面的無(wú)用數據, 接收后面模塊響應的有效數據。

　　2) 在系統運行后, 若需更換傳感器, 則需執行以下兩條指令, 首先, 搜索ID, [ 01] [ 06] [ 0c] [ 00][ 00] [ 00] [ CRC 低] [ CRC 高] , 此指令為搜索模塊1上各個(gè)通道的所有傳感器。 然后寫(xiě)編號, 例如: [ 01][ 06] [ 09] [ 05] [ 00] [ 05] [ CRC 低] [ CRC 高] , 表示將第9 通道的原來(lái)編號為05 的傳感器更換后重新設定為05, 執行此兩條指令后, 方可重新讀取溫度。

　　3) CRC 校驗字節的生成是比較關(guān)鍵的一步,其過(guò)程比較復雜, 步驟如下:

　?、兕A置一個(gè)16 位CRC 寄存器為十六進(jìn)制FFFF, 即所有數位均為1。

　?、谠?6 位寄存器的低8 位字節與信息幀的第一個(gè)字節的低8 位進(jìn)行 異或?運算. 運算結果放入這個(gè)16 位寄存器。

　?、?把這個(gè)16 寄存器向右移一位, 用0 填補高位。

　?、苋粝蛴? 標記位) 移出的數位是1, 則生成多項式A001( 1010000000000001) 和這個(gè)寄存器進(jìn)行“異或”運算; 若向右移出的數位是0, 則返回③。

　?、葜貜廷?和④, 直至移出8 位。

　?、拗貜廷?~⑤, 直至該報文所有字節均與16 位寄存器進(jìn)行 異或?運算, 并移位8 次。

　?、邔⒌玫降膌6 位CRC 寄存器的高、低位字節進(jìn)行, 即2 字節CRC, 加到報文。

　　其程序流程如圖5, 以上面的溫度讀取指令為例, 其CRC 校驗梯形圖如圖6。

圖5 CRC 校驗流程

圖6 CRC 校驗程序

　　在讀取溫度時(shí), 應嚴格遵守DS18b20 的讀寫(xiě)時(shí)序, 否則就會(huì )出現錯誤, 丟幀等, 若用脈沖信號定時(shí)讀取, 則間隔應不小于100 ms. 一般出現錯誤幀時(shí)數據顯示為0℃, 此時(shí)可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的濾波, 例如傳回值為0 時(shí)不顯示數據, 或者多組數據取平均值后再顯示, 以避免溫度顯示的大幅度跳動(dòng)。 DS18b20的初始化溫度顯示為85℃, 若一直不變, 則此傳感器可能已經(jīng)損壞或是接線(xiàn)不良, 應進(jìn)行相應的檢查。

　　4 結束語(yǔ)

　　該系統應用于生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)監控中, PLC 既作為現場(chǎng)控制機完成對生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制, 又作為主從通信的主機, 與相關(guān)儀表連接, 實(shí)現與基于Modbus 現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議的DS18b20 型數字溫度傳感器的采集模塊的主從通信, 并通過(guò)PLC 高速實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現對其的遠程監控。 該系統目前處于試運行階段, 表現較為穩定, 通信可靠, 效果良好。