Modbus通信在PLC通道檢測中的應用

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

交易標識符用于交易校驗，服務(wù)器端節收到由客戶(hù)發(fā)來(lái)的請求交易標識符并復制到響應中。協(xié)議標識符用于系統內多路復用傳輸，取0值時(shí)代表Modbus協(xié)議傳輸。長(cháng)度域記錄了該域后續報文的字節長(cháng)度(包括設備識別符和數據域)，用于服務(wù)器識別報文的傳輸結束。設備標識符用于系統內路由，當需要與通過(guò)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 )上的設備進(jìn)行通信時(shí)，該標識符域的值由Modbus-TCP客戶(hù)在請求幀中設置，服務(wù)器接收到后，在響應幀中復制該值。

3 Modbus-TCP應用

針對施奈德電氣旗下的Quantum系列PLC，為了加快完成這方面的工作，采用自編寫(xiě)的程序實(shí)現計算機對PLC的四種數據類(lèi)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(guò)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據類(lèi)型定義了四個(gè)獨立的內存區，其中離散輸入為1區，線(xiàn)圈為0區，輸入寄存器為3區，輸出寄存器為4區，尋址方式為區號加上5位的十進(jìn)制地址，當輸入地址不足6位時(shí)，系統將自動(dòng)認為最高位數值為內存分區號，其后數值為該區域內的地址編號。由于操作的目的在于檢驗PLC系統中IO通道的正確性，所需要使用的功能碼有:讀線(xiàn)圈01、讀離散輸入02、讀保持寄存器03、讀輸入寄存器04、寫(xiě)多線(xiàn)圈15和寫(xiě)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數據傳輸和連接的釋放。在進(jìn)行Modbus數據傳輸之前首先要建立起一個(gè)連接，設備是通過(guò)在502端口提供一個(gè)監聽(tīng)口(socket)來(lái)允許與其它設備建立新連接和進(jìn)行數據傳輸。當某一設備需要與遠方的服務(wù)器進(jìn)行數據交換時(shí)，必須通過(guò)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(hù)端設備便可以發(fā)送Modbus請求幀到服務(wù)器，服務(wù)器接收到請求后作出響應，向連接客戶(hù)的端口發(fā)送響應報文。傳輸結束時(shí)，客戶(hù)端負責進(jìn)行釋放通信連接的初始化工作。

程序在DOS模式下運行，提供有以下運行參數:
-ip: 即目標服務(wù)器的IP地址;
-p: PLC的Modbus通信端口，默認值為502;
-c: 服務(wù)器執行功能碼的操作對象數量;
-r: 操作的起始地址;
-w: 寫(xiě)操作參數;
-a: 自動(dòng)操作模式;
-t: 自動(dòng)操作的時(shí)間間隔;
-b: 線(xiàn)圈寫(xiě)操作的布爾值。

4 結束語(yǔ)

通過(guò)以太網(wǎng)來(lái)實(shí)現計算機直接讀寫(xiě)PLC數據，使得廠(chǎng)級監控網(wǎng)絡(luò )能夠直接與現場(chǎng)設備通信，監控人員能夠在熟悉的計算機畫(huà)面上對PLC通道進(jìn)行檢測，與依靠人為施加信號來(lái)進(jìn)行檢測相比，前者明顯地降低了操作人員的工作量，而且當需要檢測的IO點(diǎn)數量越大時(shí)，效率越高。本程序只是Modbus與TCP/IP協(xié)議結合的一個(gè)簡(jiǎn)單應用，雖然以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性、穩定性和抗干擾性已得到很大的發(fā)展，但要把以太網(wǎng)真正應用到實(shí)際的控制中還有很多技術(shù)難題，這還要走很長(cháng)一段路。不過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)入自動(dòng)控制領(lǐng)域已是必然趨勢，它將使控制變得更加簡(jiǎn)單和清楚。