基于三菱FX PLC的MODBUS-RTU通信協(xié)議的應(yīng)用

肖萬(wàn)彪，董培培，郭 星，唐 堅(jiān)

（江蘇揚(yáng)力集團(tuán)股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127）

現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的方向發(fā)展。利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，可以將符合統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的各種設(shè)備統(tǒng)一起來(lái)，進(jìn)行分布式集中控制。Modbus協(xié)議作為一種標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，其重要性不言而喻[2]。

Modbus通信協(xié)議是全球第一個(gè)真正用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的總線協(xié)議，共有Modbus-RTU、Modbus-ASII和Modbus-TCP三種通信方式。其中Mod

bus-RTU通信方式物理層采用RSS32、RS485等異步串口接口標(biāo)準(zhǔn)，且具有良好的兼容性和開(kāi)放性，因而被工業(yè)控制器生產(chǎn)廠商大量采用。本文以應(yīng)用較為廣泛的三菱FX3G系列PLC為例，詳細(xì)描述如何運(yùn)用三菱微型可編程控制器與帶有MODBUS-RTU通信協(xié)議的其他設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。以廣播方式和所有從站設(shè)備進(jìn)行通信，但從站不響應(yīng)廣播信息[3]。

三菱FX系列PLC支持的Modbus-RTU通信協(xié)議的信息幀規(guī)格如表1所示，其詳細(xì)內(nèi)容介紹如下。

表1 三菱FX系列PLC Modbus-RTU數(shù)據(jù)幀規(guī)格[1]

1 MODBUS-RTU通信協(xié)議

三菱FX系列PLC可以擴(kuò)展具有標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU通信協(xié)議的通信適配器，其通信方式為主從通信。該通信協(xié)議將進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的雙方定義為“主站”（MASTER）和“從站”（SLAVE），一方面主站可以單獨(dú)與指定地址的從站進(jìn)行通信，如主站發(fā)出查詢或?qū)懭霃恼緮?shù)據(jù)的請(qǐng)求信息，從站接收到正確信息后根據(jù)消息種類進(jìn)行反饋應(yīng)答；另一方面，主站也能

（1）地址字段。三菱PLC支持的Modbus-RTU的地址字段是指從站的地址信息，這個(gè)地址是從站唯一的通信地址，可設(shè)定值為1-247，0為主站向全部從站進(jìn)行廣播，從站不響應(yīng)。需要注意的是，247是MODBUS最大的地址編號(hào)，F(xiàn)X MODBUS主站可指定的地址范圍為：1-32。

（2）功能代碼。功能代碼能夠以1字節(jié)長(zhǎng)（8位）在1-255范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)定，主站對(duì)從站指定要求的功能，從站根據(jù)要求執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作。表2為三菱FX系列PLC所對(duì)應(yīng)的部分常用的功能代碼，當(dāng)從站向主站發(fā)生響應(yīng)信息，正常結(jié)束時(shí)，被請(qǐng)求的功能代碼會(huì)被存儲(chǔ)；異常結(jié)束時(shí)，最高位會(huì)被置ON。

（3）數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)信息在主站向從站發(fā)生請(qǐng)求文本時(shí)，指存儲(chǔ)用于執(zhí)行通過(guò)功能碼所指定功能的信息，其格式根據(jù)功能代碼的不同產(chǎn)生相應(yīng)的變化，數(shù)據(jù)中含有字節(jié)計(jì)數(shù)器、字節(jié)數(shù)和進(jìn)行讀取/寫入的內(nèi)容等。當(dāng)從站向主站發(fā)生響應(yīng)文本時(shí)，通過(guò)功能代碼所指定功能的執(zhí)行結(jié)果會(huì)被存儲(chǔ)；異常結(jié)束時(shí)，異常響應(yīng)代碼會(huì)被存儲(chǔ)。

（4）錯(cuò)誤效驗(yàn)。為保證主從之間的通信信息準(zhǔn)確性，主站和從站會(huì)給全部發(fā)送的文本自動(dòng)添加檢查代碼，并重新計(jì)算接收文本的檢查代碼，文本異常時(shí)，取消文本。Modbus-RTU協(xié)議在信息幀中自動(dòng)加入的效驗(yàn)碼為CRC碼。CRC是“Cyclical Redundancy Check”（循環(huán)冗余效驗(yàn)碼）的英文簡(jiǎn)稱，CRC碼為2個(gè)字節(jié)，16位的二進(jìn)制值，故又稱為CRC-16，由發(fā)生設(shè)備計(jì)算CRC值，并把它附加在信息幀的后面，接收設(shè)備在接收信息的過(guò)程中也執(zhí)行類似的算法，再次計(jì)算CRC值，將計(jì)算的CRC值與接收到的CRC值進(jìn)行比較，若二者不一致，即認(rèn)為信息幀出錯(cuò)。

2 PLC程序設(shè)計(jì)

三菱FX系列PLC運(yùn)用Modbus-RTU通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，硬件設(shè)置非常簡(jiǎn)單，只需要擴(kuò)展一套通信適配器和功能擴(kuò)展板即可，其他通信方面的設(shè)置需要通過(guò)程序設(shè)定。需要注意的是三菱FX系列PLC在Modbus-RTU的通信設(shè)定中，必須使用特殊輔助繼電器M8411，運(yùn)用將LD M8411作為接點(diǎn)的MOV指令，在特殊數(shù)據(jù)寄存器中設(shè)定通信參數(shù)，以通道1為例，其主站參數(shù)如表3所示。

其中，最為重要的兩個(gè)特殊數(shù)據(jù)寄存器為D 8400和D 8401，D8400為通信格式，可進(jìn)行數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、奇偶性、波特率等參數(shù)設(shè)定，其16位定義如表4所示。

需要注意的是在RTU模式的情況下，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度最好設(shè)定成8位，如設(shè)成7位，有可能會(huì)破壞數(shù)據(jù)。D8401中的數(shù)據(jù)關(guān)系到選用什么通信協(xié)議，主/從站的設(shè)定等，其各數(shù)據(jù)位具體含義如表5所示。

如果運(yùn)用通道2做Modbus通信，其相應(yīng)的參數(shù)設(shè)定為D8420，D8421，D8429，D8430，D8431，D8432，D8435，D8436，各數(shù)據(jù)位的含義與其對(duì)應(yīng)的通道1參數(shù)一樣，這里不再贅述。三菱FX系列PLC為其Modbus-RTU通信，主站讀取/寫入相應(yīng)從站數(shù)據(jù)準(zhǔn)備了一個(gè)專用指令A(yù)DPRW。ADPRW共有五個(gè)操作數(shù)，理解五個(gè)操作數(shù)的含義，按照實(shí)際需要填入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，可以非常便捷的進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

表2 三菱FX系列PLC Modbus-RTU協(xié)議常用功能代碼[1]

表3 Modbus-RTU協(xié)議通道1主站參數(shù)[1]

表4 特殊寄存器D8400各數(shù)據(jù)位定義[1]

其中，五個(gè)操作數(shù)的含義如表6所示。

表5 特殊寄存器D8401各數(shù)據(jù)位定義[1]

表6 ADPRW操作數(shù)設(shè)定[1]

3 通信實(shí)例

根據(jù)上述設(shè)定，本文編寫了一段通信程序，與具有標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU協(xié)議的智能設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其中部分代碼如下：

將上述程序下載到FX3GA型號(hào)PLC中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，可以通過(guò)Modbus-RTU通信協(xié)議進(jìn)行主站和從站之間的數(shù)據(jù)交換，需要注意的是主站與從站的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、效驗(yàn)等參數(shù)設(shè)定必須一致才能成功進(jìn)行通信。

4 結(jié)論

本文以三菱FX系列PLC為例，對(duì)底層工業(yè)控制中運(yùn)用十分廣泛的Modbus通信協(xié)議進(jìn)行了分析。詳細(xì)描述三菱PLC所支持的標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU通信協(xié)議的參數(shù)設(shè)定、通信格式等方面各特殊寄存器的數(shù)據(jù)位的詳細(xì)含義，以及在程序編寫方面所需要注意的事項(xiàng)，最后給出了一段可行的基于FX3GA型號(hào)PLC的通信程序，為三菱PLC和其他智能設(shè)備通過(guò)Modbus-RTU通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換提供了進(jìn)一步支持。