ModbusTCP通信及應用一、ModbusTCP協議二、PLC與外部設備ModbusTCP通信

時可以使用的指令三、典型工業以太網通信應用(ModbusTCP)一、ModbusTCP協議Modbus由MODICON公司于1979年開發，是一種工業現場總線協議標準。1996年施耐德公司推出基于以太網TCP/IP的Modbus協議：ModbusTCP。Modbus協議是一項應用層報文傳輸協議，Modbus協議有三種常用格式：Modbus/RTU、Modbus/ASCII和Modbus/TCP。標準的Modbus協議物理層接口有RS232、RS422、RS485和以太網接口，采用master/slave方式通信。前兩種協議格式用于串行通信，最后一種用于TCP通信。ModbusTCP的原理是使用一種非常簡單的方法把Modbus幀嵌入到TCP幀中，讓應用層的Modbus協議與傳輸層和網絡層的TCP／IP協議結合，使得Modbus協議從一種在串行數據鏈路層上傳輸的無容錯機制不可靠的數據幀變成能在以太網上傳輸的面向連接的可靠的數據幀。Modbus協議可以借助TCP協議在以太網結構中傳輸報文，使得分布于世界任何地方的設備之間都可以借助以太網進行通訊。以太網ModbusTCP/IP協議通信族分別對應到OSI七層模型中的五層，如表1所示。一、ModbusTCP協議表1ModbusTCP/ip協議五層模型層OSI模型MODBUS/TCPIP五層模型7應用層MODBUS應用層協議6表示層空5會話層空4傳輸層TCP協議3網絡層IP協議2數據鏈路層Enternet/802.3IEEE802.21物理層以太網物理層一、ModbusTCP協議ModbusTCP/IP協議的網絡層，傳輸層均是基于TCP/IP協議。在應用層，發送端將Modbus協議修改后封裝進去，接收端將該TCP數據包拆封后，重新獲得原始的Modbus協議幀（不帶CRC-16校驗），然后按照Modbus協議規范進行解析，并將返回的數據包重新封裝進TCP協議中，返回發送端。ModbusTCP/IP協議報文在以太網中通過TCP/IP協議傳輸時，ModbusTCP/IP協議報文包含在TCP/IP報文中，具體的關系如圖1所示。圖1ModbusTCP/IP協議報文與TCP/IP協議報文包含關系一、ModbusTCP協議Modbus協議定義了一個與基礎通信層無關的簡單協議數據單元(PDU)。而在特定總線或網絡上的Modbus協議的映射能夠在應用數據單元(ADU)上引入一些附加域，ModbusTCP/IP協議報文正是在Modbus應用數據單元上增加了MBAP報文頭用于在以太網上實現TCP/IP傳輸。ModbusTCP/IP協議報文格式如圖2所示。ModbusTCP/IP協議報文格式中包含了MBAP報文頭、功能碼和數據三部分。網絡通信的差錯校驗功能不在ModbusTCP/IP應用報文中實現，而是交給了以太網的鏈路層和TCP協議實現。圖2ModbusTCP/IP協議報文格式一、ModbusTCP協議ModbusTCP/IP協議報文中的MBAP報文頭分為四個部分，共占用7個字節，各個部分的描述，如下表2所示。表2MBAP報文頭描述域占用字節描述TransactorID(事務元標識符)2個字節ModbusTCP/IP請求、響應事務處理的識別符ProtocolID(協議標識符)2個字節為全0，標識ModbusTCP/IP協議Length(長度)2個字節協議剩下的字節數UnitID(單元標識符)1個字節總線上連接的遠程從站的識別碼二、PLC與外部設備ModbusTCP通信時可以使用的指令通過“MB_CLIENT”指令，可以在客戶端和服務器之間建立連接、發送Modbus請求、接收響應并控制ModbusTCP客戶端的連接終端。ModbusTCP客戶端可以支持多個TCP連接，連接的最大數目取決于所使用的CPU。一個CPU的總連接數，包括ModbusTCP客戶端和服務器的連接數，不能超過所支持的最大連接數。ModbusTCP連接還可由“MB_CLIENT”和/或“MB_SERVER”實例共用。使用各客戶端連接時，請記住以下規則：每個“MB_CLIENT”連接都必須使用唯一的背景數據塊。對于每個“MB_CLIENT”連接，必須指定唯一的服務器IP地址。每個“MB_CLIENT”連接都需要一個唯一的連接ID。該指令的各背景數據塊都必須使用各自相應的連接ID。連接ID與背景數據塊組合成對，對每個連接，組合對都必須唯一。根據服務器組態，可能需要或不需要IP端口的唯一編號。二、PLC與外部設備ModbusTCP通信時可以使用的指令表3列出了MB_CLIENT指令的參數。參數聲明數據類型說明REQInputBOOL對ModbusTCP服務的Modbus查詢REQ參數受到等級控制。這意味著只要設置了輸入(REQ=true)，指令就會發送通信請求。Modbus查詢開始后，背景數據塊將鎖定，其它客戶端無法使用。在服務器進行響應或輸出錯誤消息之前，對輸入參數的更改不會生效。如果在Modbus請求期間再次設置了參數REQ，此后將不會進行任何其它傳輸。表3MB_CLIENT指令的參數二、PLC與外部設備ModbusTCP通信時可以使用的指令參數聲明數據類型說明DISCONNECTInOutBOOL通過該參數，可以控制與Modbus服務器建立和終止連接：0：與通過CONNECT參數組態的連接伙伴（請參見CONNECT參數）建立通信連接。1：斷開通信連接。在終止連接的過程中，不執行任何其它功能。成功終止連接后，STATUS參數將輸出值0003。而如果在建立連接的過程中設置了參數REQ，將立即發送Modbus請求。MB_MODEInOutUSINT選擇Modbus的請求模式（讀取、寫入或診斷）或直接選擇Modbus功能MB_DATA_ADDRInOutUDINT取決于MB_MODEMB_DATA_LENInOutUINT數據長度：數據訪問的位數或字數MB_DATA_PTRInOutVARIANT指向待從Modbus服務器接收的數據或待發送到Modbus服務器的數據所在數據緩沖區的指針。表3MB_CLIENT指令的參數（續）二、PLC與外部設備ModbusTCP通信時可以使用的指令參數聲明數據類型說明CONNECTInOutVARIANT指向連接描述結構的指針可以使用以下結構（系統數據類型）：TCON_IP_v4：包括建立指定連接時所需的所有地址參數。使用TCON_IP_v4時，可通過調用指令“MB_CLIENT”建立連接。TCON_Configured：包括所組態連接的地址參數。使用TCON_Configured時，將使用下載硬件配置后由CPU創建的已有連接。DONEOutBOOL如果最后一個Modbus作業成功完成，則輸出參數DONE中的該位將立即置位為“1”。BUSYOutBOOL0：無正在進行的Modbus請求1：正在處理Modbus請求在建立和終止連接期間，不會設置輸出參數BUSY。ERROROutBOOL0：無錯誤1：出錯。出錯原因由參數STATUS指示。STATUSOutWORD指令的狀態表3MB_CLIENT指令的參數（續）三、典型工業以太網通信應用(ModbusTCP)RFID電子標簽作為數據載體，能起到標識識別、物品跟蹤、信息采集的作用，得以在防偽、生產管理、倉庫管理、租賃產品管理、物聯網、運動競技等許多領域應用。尤其在生產流水線中，RFID電子標簽可以準確地記錄工序信息和工藝信息，滿足柔性化的生產需求。對工人工號、時間、操作、質檢結果的記錄，完全實現生產的可追溯性，還可人工手寫、眼看造成的失誤。圖3三、典型工業以太網通信應用(ModbusTCP)如圖所示，為提高柔性化生產水平，工廠決定對原生產線做升級改造。其中一項升級任務就是在生產線的某特定位置，設置RFID電子標簽的讀寫裝置，保證及時、準確地記錄產品當前的生產信息，以滿足生產工藝的可追溯需求。讀寫的結果可以在展示在HMI界面上。圖4三、典型工業以太網通信應用(ModbusTCP)工具/輔件準備網線圖5三、典型工業以太網通信應用(ModbusTCP)1.設置RFID通信參數（1）修改PC機IP地址為192.168.0網段非服務器地址圖6三、典型工業以太網通信應用(ModbusTCP)（2）安裝打開調試助手圖7三、典型工業以太網通信應用(ModbusTCP)（3）選擇連接設備的通信網卡圖8三、典型工業以太網通信應用(ModbusTCP)（4）選擇調試設備圖9三、典型工業以太網通信應用(ModbusTCP)（5）更改提交設備參數（IP192.168.0.178:4001;子網掩碼255.255.255.0;網關192.168.0.1;）圖10三、典型工業以太網通信應用(ModbusTCP)2.PLC編程（1）添加讀取功能塊REQ：true發送通信請求DISCONNECT：0建立連接1關閉連接MB_MODE=0、MB_DATA_ADDR=40009、MB_DATA_LEN=1構成的組合設定的功能代碼是03。將從遠程地址40009開始讀1個寄存器。依據手冊，有64個寄存器，可用56個，對應地址為40009~40064連接參數