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基于modbus协议的pc机与s7200plc的串行通信 第3期(总第148期)xx年6月机械工程与自动化M ECHANICALEN GINEERING&AU TOMATIONNo.3Jun.:1672-6413 (xx)03-0085-03基于Modbus协议的PC机与S7-200PLC的串行通信章程,程文明,肖建军(西南交通大学机械工程学院,四川成都610031)摘要:介绍了Modbus协议并讨论了遵守Modbus RTU协议的传输数据的CRC算法验证的实现。 结合西门子S7-200PLC的特点给出了利用Visual Basic中的MSComm控件实现基于该协议的计算机与可编程控制器串行通信的方法。 关键词:PLC;串行通信;Modbus协议:T P274:A:xx-09-30;修回日期:xx-01-11作者简介:章程(1982-),男,湖南岳阳人,硕士研究生,研究方向:机电智能控制。 0引言在工业控制领域中,PLC作为一种稳定可靠的控制器得到了广泛的应用。 但它也有一些自身的缺点:数据的计算处理和管理能力较弱,不能给用户提供良好的界面等。 而计算机恰好能弥补PLC的不足,它不但有很强的数据处理和管理能力,而且能给用户提供非常美观而又易于操作的界面。 将PLC与计算机结合,可使系统既能及时地采集、存储数据,又可处理和使用好数据,这是PLC发展和应用的一个热点问题。 计算机与PLC结合的关键是它们之间通信功能的实现,本文主要介绍如何利用Visual Basic的MSComm控件和Modbus协议来轻松地实现计算机与PLC之间的串行通信。 1S7-200系列PLC的通信协议1西门子S7-200系列PLC是一种小型整体结构形式的PLC,内部集成的PPI接口为用户提供了强大的通信功能,根据不同的协议,通过此接口与不同的设备进行通信或组成网络。 S7-200PLC支持多种通信协议,比如点到点(point-to-point)接口协议(PPI)、多点(Multi-Point)接口协议(MPI)、Profibus协议、用户定义的协议(自由端口模式)。 而大多数用户选用的是对用户完全开放的自由端口模式。 在自由端口模式,计算机与S7-200之间可以用以下的方法来通信:使用Modbus从站协议;使用用户自定义的协议(自由端口模式)。 自由端口模式为计算机或其它有串行通信接口的设备与S7-200PLC之间的通信提供了一种廉价和灵活的方法。 计算机与PLC通信时,为了避免通信中各方争用通信线,一般采用主从方式,即计算机为主机,PLC为从机,只有主机才有权主动发送请求报文(Request message,或称为请求帧),从机收到后返回响应报文。 2Modbus协议简介2,3Modbus自1979年被MODICON公司开发以来,作为一种网络通信协议,它在工业自动化领域被广为应用。 Modbus协议可以使用RS-232C兼容串行接口作为物理接口,方便实现基于数/模控制的仪表等终端设备的控制。 Modbus协议详细定义了校验码、数据序列等,这些都是特定数据交换的必要内容。 Modbus协议在一根通信线上使用主从应答式连接(半双工),这意味着在一根单独的通信线上信号沿着相反的两个方向传输。 首先,主计算机的指令信号寻址到一台惟一的终端设备(从机),然后,终端设备发出的应答信号以相反的方向传输给主机。 另外,Modbus协议只允许在主机(PC,PLC等)和终端设备之间通信,而不允许独立的终端设备之间的数据交换,这样各终端设备不会在它们初始化时占据通信线路,而仅限于响应到达本机的查询信号。 Modbus协议有ASCII和RTU两种传输模式。 其中,RTU模式信息帧中的8位数据包括两个4位十六进制字符,相对ASCII模式,RTU模式表达相同的信息需要较少的位数,在相同通信速率下具有更大的数据流量,因此通常情况下都是采用RTU模式的Modbus协议。 RTU通信帧的基本结构见图1。 遵循Modbus RTU协议的主机终端控制系统在运行过程中,相互之间经常需要进行数据传输,为了保证数据在传送过程中正确无误,必须引入某种差错检查机制对数据信息进行检验,以检测是否有数据传送错误。 通常是使用检验码的方法来检测数据是否出错,而CRC就是常用的一种检验码。 Modbus中生成CRC的步骤为:预置一个16位寄存器为十六进制数FFFF(全为1),该寄存器称为CRC寄存器;把第一个8位数据与16位CRC寄存器的低8位相异或,将结果放于CRC寄存器中;把寄存器的内容右移一位(向最低位LSB方向),用0填补最高位MSB,并检查最低位;如果最低位LSB为0,重复步骤(再次移位),如果最低位LSB为1,CRC寄存器与多项式码A001Hex (1010000000000001)进行异或;重复步骤和,直到右移8次,这样整个8位数据全部进行了处理;重复步骤到,进行下一个8位数据的处理,直到所有的字节被处理;最后得到的CRC寄存器内容即为CRC码。 站地址功能码数据1数据n CRC低字节CRC高字节图1RTU通信帧的基本结构必须注意,当CRC寄存器值被置入消息时,它的高位字节和低位字节必须交换。 当16位CRC(两个8位字节)在消息中被传送,低位字节将先被传送,随后传送高位字节。 3上位机通信程序设计VB中的MSComm控件实用性强、功能完善,为应用程序提供了通过串行接口收发数据的简便方法。 MSComm控件提供两种处理通信的方式:一种是事件驱动方式,另一种是查询方式。 事件驱动方式是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法,许多情况下在事件发生时需要得到通知。 例如,在有字符到达或发生变化时,不管是发生通信事件或错误,程序都可以利用MSComm控件检测并处理。 事件驱动方式的优点是程序响应及时、可靠性高;缺点是每个MSComm控件对应着一个串行端口,如果应用程序需要访问多个串行端口,必须使用多个MSComm控件。 另一种是查询方式,这种方式实质上还是事件驱动,在程序的每个关键功能之后可以通过检查CommmEvent属性的值来查询事件和错误,如果应用程序较小且是自保持的,这种方法可能更为可取。 下面是用VB编制的串口及通信参数初始化程序:Private SubForm-Load()With Msm1.CommPort=1.settings=19200,n,8,1.InputMode=InputModeBinary.RThreshold=1.InputLen=0.OutBufferCount=0.InBufferCout=0End WithIfNot M SComm1.PortOpen ThenMSComm1.PortOpen=TrueEnd IfEndSub上位机通信窗口界面见图2,PC机发送数据和接收数据的程序框图分别见图3和图4。 图2上位机通信窗口界面图3PC机发送数据框图图4PC机接收数据框图4PLC通信程序设计PLC通信程序遵循Modbus协议,采用模块化的子程序结构,即整体功能由多个功能相对独立的子功86机械工程与自动化xx年第3期能组合实现,每个子功能由若干个任务单一的子程序构成。 PLC通信程序框图见图5。 图5PLC通信程序框图在S7-200的程序中使用Modbus从站协议指令的编程步骤如下:在用户程序中调用Modbus从站指令;为Modbus从站协议指令分配库内存;处理Modbus协议与PPI协议的切换。 图6是Modbus从站协议指令的梯形图。 在该梯形图中,Mode(模式)输入值用来选择通信协议:数值1将端口0指定给Modbus协议,并启用协议;Addr设置站地址的值;Baud(波特率)可以设为 1200、 2400、 4800、 9600、 19200、 38400、57600或115200;Parity(奇偶校验)与Modbus主设备的奇偶校验方式相同;Delay(延迟)参数以ms为单位,在有线网络上该参数的典型值应为0;Max IQ指定Modbus主设备可以使用的I/Q的点数;Max AI指定Modbus主设备可以使用的模拟量输入字的个数;Max Hold指定主设备可以访问的保持寄存器的最大个数;HoldStart用来设置保持寄存器的起始地址。 5结束语Modbus通信协议是工业自动化控制系统中一种重要的通信协议,其应用将越来越广泛。 本文给出的基于Modbus通信协议的串行通信设计已得到了较好的应用。 实际运行情况表明,通过采用Modbus通信协议的串行通信,保证了通信数据的安全、可靠和稳定。 图6Modbus从站协议指令参考文献:1廖常初.PLC编程及应用M.北京:机械工业出版社,xx.2冯向科,邓莹.基于M ODBUS RTU通信协议下的CRC算法实现J.电脑知识与技术,xx (8):43.3孟开元.Modbus通信协议中CRC校验的快速C语言算法J.福建电脑,xx (11):63-64.4丁莉君,吴晓君.V B6.0下S7-200PLC与PC机的串行通信J.制造业自动化,xx (1):84-86.5李喜东,刘波涛,刘刚.Modbus RTU串行通讯协议在工业现场的应用J.自动化技术与应用,xx (7):37-40.6张传伟,王昀睿.V B下PLC与PC串口通信的实现J.组合机床与自动化加工技术,xx (12):62-63.Serial Communicationbetween PCand S7-200PLCBased onModbus ProtocolZHANGCheng,CHENG Wen-ming,XIAO Jian-jun(School ofMechanical Engineering,Southwest JiaotongUniv ersity,Chengdu610031,China)Abstract:This paperintroduced Modbus Protocol,and discussedthe applicationof CRCalgorithm indata transmission,whichabided byMODBUS RTUProtocol.Aording tothe characteristicsof Siem