利用Modbus協(xié)議進行PLC與超聲探傷主機之間的通訊

湯建軍

【摘要】在超聲探傷檢測設備中，檢測用的上位機普遍采用VC++語言進行檢測程序的開發(fā)。為了與鋼鐵廠的設備進行聯(lián)線，需要與PLC之間進行通訊。信號主要包括探頭起落信號、鋼板到位信號、缺陷信號、合格信號等等。從前上位機與PLC之間的通訊主要采用IO卡與PLC進行通訊，中間用斷電器進行隔離。但是這樣連線多故障點也多，成本高。為了提高可靠性，降低成本，急需要實現(xiàn)PLC與上位機之間軟件通訊。本文主要探討利用Modbus協(xié)議與西門子S7-200PLC進行通訊的相關(guān)技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】PLC Modbus協(xié)議 VC++編程

目前國內(nèi)鋼鐵廠的主要設備基本上都是使用西門子的PLC控制系統(tǒng)，同時由于各廠家已經(jīng)普遍采用超聲探傷設備檢測鋼板或鋼管的缺陷，所以研究上位機（計算機）與PLC之間的通訊已經(jīng)變得十分必要和緊迫。實現(xiàn)PLC與上位機之間的通訊有多種方式，從前主要用硬件方式，這種方法成本高，可靠性差，在實際使用中維護成本高。本文探討利用Modbus協(xié)議與西門子S7-200PLC進行通訊的相關(guān)軟件技術(shù)。

1Modbus通信協(xié)議相關(guān)介紹

Modbus通信協(xié)議是Modicon公司提出的一種報文傳輸協(xié)議，它廣泛應用于工業(yè)控制領域，并已經(jīng)成為一種通用的行業(yè)標準。根據(jù)傳輸網(wǎng)絡類型的區(qū)別，Modbus通信協(xié)議又分為串行鏈路上的Modbus和基于TCP/IP協(xié)議的Modbus。Modbus串行鏈路協(xié)議的通信接口可采用RS-485接口，也可使用RS-232C接口。

Modbus通信協(xié)議有ASCII和RTU（遠程傳輸單元）兩種報文傳輸模式。目前支持Modbus通信的DCS系統(tǒng)和過程儀表大都采用基于串行接口的ModbusRTU模式，西門子提供了針對西門子PLCModbusRTU通信的協(xié)議庫，安裝后可在Step7-Micro/Win中調(diào)用。

西門子Modbus主站協(xié)議庫包括兩條指令：MBUS_CTRL指令和MBUS_MSG指令。MBUS_CTRL指令用于初始化主站通信，MBUS_MSG指令（或用于端口1的MBUS_MSG_P1）用于啟動對Modbus從站的請求并處理應答。

西門子Modbus從站協(xié)議庫包括兩條指令：MBUS_INIT指令和MBUS_SLAVE指令。MBUS_INIT指令用于啟用和初始化或禁止Modbus通訊。MBUS_SLAVE指令用于為Modbus主設備發(fā)出的請求服務。MBUS_INIT指令用于啟用和初始化或禁止Modbus從站通訊。在使用MBUS_SLAVE指令之前，必須正確執(zhí)行MBUS_INIT指令。

2PLC項目主要技術(shù)

首先：為了在Step7-Micro/Win中使用ModbusRTU進行通訊，要安裝相關(guān)的指令庫。指令庫名稱為STEP7-Micro/WINAdd-On：InstructionLibrary。安裝完成后，啟動Step7-Micro/Win，在“指令樹”>“庫”項下可以發(fā)現(xiàn)多出了USS協(xié)議庫和Modbus協(xié)議庫。

然后就可利用西門子Modbus從站協(xié)議庫中的MBUS_INIT指令和MBUS_SLAVE指令進行編程。在MBUS_INIT指令中，將從站地址設為1，將端口0的波特率設為9600、無校驗、無延遲，允許存取所有的I、Q和AI數(shù)值，保存寄存器的存儲空間為從VB0開始的1000個字（2000個字節(jié)）。在每次掃描時執(zhí)行Modbus_Slave指令，以便接收相應上位機報文。

3上位機編程

上位機開發(fā)工具主要采用VisualStudio.NET2003，編程語言用VC++。為了提高人機交互性，編程時提供了一個對話框，用戶可設置相關(guān)的串口參數(shù)。主要設置參數(shù)為：工方式設置成RTU；串口號設置成COM1；波特率9600；數(shù)據(jù)位8位；停止位0位；校驗位0；超時時間500ms等等。

為了方便用戶使用，上下位機通訊用六個函數(shù)實現(xiàn)。一個初始化函數(shù)，用來實現(xiàn)上、下位機（PLC）的連接。一個句柄釋放函數(shù)，以便釋放硬件資源。還有四個數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)，用于上下位機間的數(shù)據(jù)傳送。其中二個用于線圈操作，二個用于寄存器操作。無論是對線圈操作還是對寄存器操作都需要提供從站號，起始地址，相關(guān)的數(shù)據(jù)信息等內(nèi)容。同時需要注意的是在進行線圈操作時，數(shù)據(jù)字FF00（65280）表示將輸出位置1數(shù)據(jù)字0000表示該輸出復位為0其他的數(shù)據(jù)無效。

4通信測試

在調(diào)試時為了提高效率可以進行相關(guān)的通訊測試。測試上位機通信是否正常，可由PLC向計算機串口發(fā)送請求幀，在計算機上用串口通信調(diào)試軟件查看請求幀是否正常。測試從站（PLC）通訊可從報文入手測試Modbus從站通信是否正常，利用計算機上的串口通信調(diào)試軟件向從站發(fā)送請求幀，查看PLC是否能接受到正確的響應幀。

為此，上位機部分可采用串口監(jiān)聽工具AccessPort對上位機串口進行偵聽。下位機部分可用Step7-Micro/Win對相關(guān)的線圈和寄存器進行監(jiān)控。在對上位機串口進行偵聽時AccessPort會記錄下打開串口的程序名、波特率、極性、數(shù)據(jù)位等等相關(guān)信息。監(jiān)控到的信息是十六進行編碼，這一點在開發(fā)時要十分注意。

綜上所述，采用相關(guān)的串口監(jiān)聽工具可以極大提高調(diào)試速度，提高開發(fā)的效率。在實際調(diào)試過程中可以利用監(jiān)聽工具直接向下位機發(fā)送數(shù)據(jù)。

5結(jié)語

在信息化的今天，計算機已經(jīng)廣泛應用在各個行業(yè)，利用計算機對PLC進行直接控制已經(jīng)成為一項十分有前景的技術(shù)。本文探討了利用Modbus協(xié)議與西門子S7-200PLC進行通訊的相關(guān)軟件技術(shù)希望對大家有一定的借鑒。