Modbus通信在PLC通道檢測中的應(yīng)用

1 引言
Modbus應(yīng)用層協(xié)議由美國Modicon公司(現(xiàn)為施耐德電氣旗下品牌)于1979年開發(fā)的，用于實現(xiàn)其PLC產(chǎn)品與上位機的通信。由于其簡單易用，得到了廣大工業(yè)自動化儀器儀表企業(yè)的采納與支持，實際上已成為了業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，我國標(biāo)準(zhǔn)化委員會已將Modbus協(xié)議作為我國工業(yè)自動化的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，分別制定了GB/Z19582.1-2004(Modbus應(yīng)用層協(xié)議)，GB/Z19582.2-2004(串行鏈路上的Modbus)和GB/Z19582.3-2004(Modbus-TCP)三個標(biāo)準(zhǔn)。Modbus應(yīng)用層協(xié)議位于OSI模型中的第七層，將它嵌入到不同的低層協(xié)議中形成了三種具體的通信方式:Modbus串行鏈路、Modbus-Plus和Modbus-TCP，三種通信網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備可以通過網(wǎng)關(guān)來達到數(shù)據(jù)交換的目的。這些年來以太網(wǎng)的繁榮壯大使得將Modbus協(xié)議嵌入到TCP/IP協(xié)議中實現(xiàn)Modbus設(shè)備間的通信非常必要，鑒于此，1999年施奈德電氣發(fā)布了Modbus-TCP協(xié)議，使得以太網(wǎng)上的Modbus設(shè)備可以通過502端口進行通信。

PLC在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中占有很大的比例，一些大型的控制系統(tǒng)中控制點數(shù)量達到上萬，采用常規(guī)的通道測量方法來對PLC通道測量往往需要花費不少的時間，而且效率低。本文針對施耐德電氣的Quantum系列PLC，通過引入Modbus-TCP協(xié)議實現(xiàn)普通計算機與PLC通信，用普通計算機取代編程器去進行通道測量試驗。操作人員不需要對PLC和計算機的通信很熟悉就能夠很快地完成通道檢測，提高了工作效率。

2 Modbus通信原理

2.1 Modbus應(yīng)用層協(xié)議
Modbus應(yīng)用層協(xié)議位于ISO/OSI參考模型中的第七層，它是通過請求-響應(yīng)機制實現(xiàn)不同設(shè)備間按客戶/服務(wù)器方式通信。首先客戶發(fā)送請求報文到服務(wù)器，服務(wù)器接收到報文后進行差錯校驗，若報文無誤則執(zhí)行操作，并返回響應(yīng)報文到客戶端，若傳輸出現(xiàn)錯誤則返回異常響應(yīng)報文，從而完成一次通信周期。Modbus協(xié)議定義了一個與傳輸層無關(guān)報文格式，該報文稱之為協(xié)議數(shù)據(jù)元(PDU)，協(xié)議數(shù)據(jù)元由占用一個字節(jié)的功能碼和最長252個字節(jié)的數(shù)據(jù)域組成，其組成形式如下圖1所示:

圖1 Modbus PDU結(jié)構(gòu)

功能碼的有效取值范圍是1~255，功能碼分類分為三類:公用功能碼、用戶自定義功能碼和保留功能碼。由客戶端發(fā)送到服務(wù)器的報文中的功能碼指示服務(wù)器所要執(zhí)行的操作，一些功能碼還帶有子功能碼，用于執(zhí)行多步操作。如果服務(wù)器接收到的報文正確并執(zhí)行，由服務(wù)器返回的報文中的功能碼告訴客戶端設(shè)備該信息為按照該功能碼執(zhí)行的結(jié)果。Modbus網(wǎng)絡(luò)通信中常用到的是公用功能碼，它們在不同公司產(chǎn)品之間的通信中具有統(tǒng)一的定義。表一給出了部分公用功能碼的定義。

數(shù)據(jù)域內(nèi)存放著Modbus設(shè)備能夠識別的數(shù)據(jù)信息。由客戶發(fā)送到服務(wù)器的數(shù)據(jù)域含有功能碼操作的附加信息，在某些請求報文中數(shù)據(jù)域的長度為零。

表一