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)中只允許存在一個主節(jié)點和*多247個從節(jié)點，在這種網(wǎng)絡(luò)下，標準ModbusADU中的附加地址域只包含從節(jié)點的地址，可尋址范圍是0~247，地址0作為廣播模式地址使用，從節(jié)點地址的有效取值范圍是1~247，并且每個從節(jié)點的地址必須是*的，主節(jié)點不存在具體的地址值。主節(jié)點設(shè)備將要訪問的從節(jié)點設(shè)備的地址放入到請求幀的地址域中，當該地址的從節(jié)點設(shè)備作出響應(yīng)時，將會把從節(jié)點設(shè)備的地址復(fù)制到響應(yīng)幀的地址域中，主節(jié)點設(shè)備通過該地址得知是由哪個從節(jié)點設(shè)備發(fā)來的響應(yīng)。

校驗域存放了根據(jù)報文內(nèi)容經(jīng)由冗余校驗算法計算所得到的結(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模式底下是以二進制編碼方式對傳輸數(shù)據(jù)進行編碼，報文中每一個字節(jié)(8位二進制位)包含了兩個十六進制字符，同一報文內(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位奇偶檢驗位和1位停止位依次組成，共占用11位二進制位。當不使用奇偶檢驗時，奇偶校驗位也作停止位使用，此時共有兩位停止位。RTU傳輸模式下幀的差錯校驗域內(nèi)存放的是報文經(jīng)過循環(huán)冗余檢驗(CRC)算法計算得出的結(jié)果。

采用ASCII通信模式時，每一個字節(jié)(8位二進制位)用兩個ASCII字符表示。由于每個字節(jié)都要用兩個字符表示，數(shù)據(jù)域的長度是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個二進制位。ASCII模式下幀的差錯檢驗算法為縱向冗余校驗(LRC)。

Modbus-TCP實現(xiàn)了在TCP/IP以太網(wǎng)上以客戶/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(yīng)用層協(xié)議嵌入到低層TCP/IP協(xié)議中構(gòu)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ModbusPDU嵌入到TCP報文中形成Modbus-TCP幀，該幀在PDU之前形成了一個占用7個字節(jié)大小的MBAP幀頭，幀頭可以劃分為四部分，如表3所示。

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交易標識符用于交易校驗，服務(wù)器端節(jié)收到由客戶發(fā)來的請求交易標識符并復(fù)制到響應(yīng)中。協(xié)議標識符用于系統(tǒng)內(nèi)多路復(fù)用傳輸，取0值時代表Modbus協(xié)議傳輸。長度域記錄了該域后續(xù)報文的字節(jié)長度(包括設(shè)備識別符和數(shù)據(jù)域)，用于服務(wù)器識別報文的傳輸結(jié)束。設(shè)備標識符用于系統(tǒng)內(nèi)路由，當需要與通過以太網(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)備進行通信時，該標識符域的值由Modbus-TCP客戶在請求幀中設(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)計算機對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)類型定義了四個獨立的內(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)號加上5位的十進制地址，當輸入地址不足6位時，系統(tǒng)將自動認為*位數(shù)值為內(nèi)存分區(qū)號，其后數(shù)值為該區(qū)域內(nèi)的地址編號。由于操作的目的在于檢驗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和寫多個寄存器16。

一次完整的Modbus-TCP通信在時間上可以劃分為三個步驟:連接的建立、Modbus數(shù)據(jù)傳輸和連接的釋放。在進行Modbus數(shù)據(jù)傳輸之前首先要建立起一個連接，設(shè)備是通過在502端口提供一個*口(socket)來允許與其它設(shè)備建立新連接和進行數(shù)據(jù)傳輸。當某一設(shè)備需要與遠方的服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交換時，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請求幀到服務(wù)器，服務(wù)器接收到請求后作出響應(yīng)，向連接客戶的端口發(fā)送響應(yīng)報文。傳輸結(jié)束時，客戶端負責(zé)進行釋放通信連接的初始化工作。歡迎轉(zhuǎn)載，本文來自電子發(fā)燒友網(wǎng)

程序在DOS模式下運行，提供有以下運行參數(shù):

-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(zhí)行功能碼的操作對象數(shù)量;

-r:操作的起始地址;

-w:寫操作參數(shù);

-a:自動操作模式;

西門子CPU模塊6ES72881ST200AA0-t:自動操作的時間間隔;

-b:線圈寫操作的布爾值。

4結(jié)束語

通過以太網(wǎng)來實現(xiàn)計算機直接讀寫PLC數(shù)據(jù)，使得廠級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)能夠直接與現(xiàn)場設(shè)備通信，監(jiān)控人員能夠在熟悉的計算機畫面上對PLC通道進行檢測，與依靠人為施加信號來進行檢測相比，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點數(shù)量越大時，效率越高。本程序只是Modbus與TCP/IP協(xié)議結(jié)合的一個簡單應(yīng)用，雖然以太網(wǎng)的實時性、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)用到實際的控制中還有很多技術(shù)難題，這還要走很長一段路。不過以太網(wǎng)進入自動控制領(lǐng)域已是必然趨勢，它將使控制變得更加簡單和清楚。