使用CODESYS-语言编程实现MODBUS-TCP-SERVER功能-改-(4)

1、精品好资料学习推荐Codesys语言编程实现Modbus Tcp ServerCoDeSysprogramming languageto achievethe Modbus TcpServer蒋勇飞（施耐德电气 上海 200072）中文摘要：PLC_OPEN 是工业自动化编程领域的一个标准，Codesys是德国3S 公司开发的软件系统平台，它是完整支持PLC_OPEN标准的软件系统平台（即IEC61131-3标准）。支持标准IL 、ST、 FBD 、LD、 CFC、 SFC 六种PLC编程语言，用户可以在同一项目中选择不同的语言编辑子程序，功能模块等。目前许多公司的自动化控制器都是基于这个平台

2、开发的，例如施耐德,倍福，ABB,易福门,派芬,和利时等。使用Codesys编程实现Modbus Tcp Server的功能，方便了客户使用带以太网接口的控制器和HMI或PC的通讯。降低了客户的成本，增强了系统使用的灵活性。中文关键字：以太网接口，通讯协议，人机界面，ModbusTcp服务器,CodesysAbstract:PLC_OPENastandardinthe fieldofindustrial automationprogrammingCodesysGermany3Shas developedsoftwareplatform, which isthethecompletesuppor

3、tPLC_OPENstandardsoftwareplatform(ie,IEC61131-3 standard).Supports standardIL, ST,FBD,LD,CFC,the SFCsixPLCprogramming languages,user canthesameproject,choose a different languageeditingsubroutine,function module.Manyautomationcontrolleraredevelopedbased on this platform,such asSchneider,Beckhoff, AB

4、B, Ifm,Fin, andHollysys.TouseCodesysprogrammingModbus Tcp Server,andconvenient forcustomers to usethe communicationcontrollerand HMIor PCwithan Ethernet interface.Reduced ourcosts, enhancetheflexibilityofthesystem.Keywords:Ethernet port, Communication protocol, HMI, Modbus Tcp Server, Codesys引言Modbu

5、s Tcp 应用层协议及数据帧介绍Modbus-TCP已成为当今开放的互联网标准之一，并为互联网标准的组织IETF(互联网工程任务委员会)认可。由于Modbus协议部分未经改动，众所周知的Modbus服务和对象模式依然有效，只是将它的作为传输层协议移植到TCP/IP上。Modbus Tcp应用层的协议是独立于通讯媒介，根据客户/服务器原理组织的。客户发送请求帧来请求服务，服务器回应响应帧。请求帧和响应帧包含了参数和/或数据。在图 1中显示了标准Modbus Tcp帧格式。标准的Modbus通讯中从站地址和CRC校验的处理优先于功能码，但在Modbus Tcp中地址和校验由底层的Tcp协议完成。

6、Modbus Tcp和Modbus_RTU 在数据报文的结构上存在的差异是报文帧头由MBAP 替换了Slave ID。MBAP由7个字节组成，并且出现在每个Modbus Tcp 信息帧的头部，这7个字节分别由Transaction Identifier（2个字节，传输标志），Protocol Identifier（2个字节，协议标志），Length（2个字节），Unit Identifier（一个字节，设备站号）。图 1: 使用Modbus-TCP，命令和用户数据可不经任何修改而封装在TCP/IP的数据容器中图 2: Modbus-TCP ADU在经过以太网TCP/IP协议封装之后的结构1.

7、实现MODBUS_TCP SERVER 的硬件及软件配置1.1该项目选择LTI 公司的MOTION ONE PAC控制器（型号：LACP242,INTEL_ATOM CPU ,1.1GHZ）硬件资源：ETHERNET 10/100M 接口，软件CODESYS2.3 软件平台(图3) 图3.Codesys2.3软件配置平台1.2选择3S公司CODESYS2.3软件平台内的TCP/IP通讯库函数SyslibSockets.lib ,同时主要使用到的功能函数如下：SysSockInetAddr(ip)：绑定指定的以太网接口的IP地址，控制器本体上的以太网端口的IP 地址SysSockHtons(po

8、rt)：绑定以太网端口，MODBUS_TCP 通常使用502端口SysSockCreate(SOCKET_AF_INET,SOCKET_STREAM,0)：Tcp/IP Socket的创建SysSockBind(socketId, ADR(), SIZEOF()：Tcp/IP Socket绑定指定端口和IP 地址SysSockListen(socketId, 255)：Tcp/IP Socket进行端口监听SysSockSelect(SOCKET_FD_SETSIZE, ADR(), 0, 0, ADR()：TCP/IP client的选择SysSockAccept(socketId, ADR

9、(), ADR():TCP/IP Socket 接受client 设备的链接SysSockRecv(SocketHandle,ADR(),SIZEOF(),1)：TCP/IP Socket 接收client 设备的数据包SysSockSend(SocketHandle,ADR(),(),1)：TCP/IP Socket 返回数据包，发送至Client设备SysSockClose(socketId): 关闭TCP/IP Socket。1.3 MODBUS_TCP server的创建过程 创建MODBUS_TCP server的过程主要分为以下几个步骤：1.3.1 TCP/IP Socket库文件

10、的安装在CODESYS2.3软件平台的library manager 栏目下添加SyslibSockets.lib。之后则可以正常调用以太网通讯函数。1.3.2 申明各种通讯参数变量及数据结构,例如MODBUS_TCP SERVER IP地址及端口，收发数据的数组： Var_Global addressPointer:POINTER TO SOCKADDRESS; address:SOCKADDRESS; ip:STRING:=192.168.39.100; （*控制器本体 IP 地址*） port: WORD:=502; （*MODBUS-TCP 端口*） objectArray:ARRAY

11、0.6 OF REAL; tcp_connect_state:BOOL;（*TCP/IP连接状态字*）protocol_id:INT; （*协议标志ID，modbus id=00 00*） device_id:INT; （*设备站号ID*）END_VAR1.3.3 MODBUS_TCP SERVER 主程序说明。主程序结构框图及部分程序如下：主程序通过调用SyslibSockets.lib库内部的Sockets函数完成端口绑定，并实施对应端口的监听，当Modbus Tcp客户端请求建立连接时候，服务器端建立连接，并进行数据的交换读写，为了便于判断客户端和服务器端的连接状态，程序做了实时的报文刷

12、新，当通讯建立连接之后，服务器端没有接收到新的报文，且维持一段时间后，则按照通讯中断处理，关闭Sockets，并重新初始化参数，服务器端再次进入监听状态，这种控制模式可以辨识网络物理断线和客户端异常断开这些情况。address.sin_addr:=SysSockInetAddr(ip);IF terminate=FALSE THENCASE tcp_state OF0: socketId := SysSockCreate(SOCKET_AF_INET,SOCKET_STREAM,0); IF socketId SOCKET_INVALID THEN SysSockSetOption(socke

13、tId, SOCKET_SOL, SOCKET_SO_REUSEADDR, ADR(dwValue), SIZEOF (dwValue); tcp_state := 10; END_IF10:bResult := SysSockBind(socketId, ADR(address), SIZEOF(address);IF bResult THENtcp_state := 20;END_IF50:SocketHandle := SlaveSocketList.fd_arrayTCPindex;IF SocketHandle = socketId THENdiSize := SIZEOF(Addr

14、ess);SocketHandle:=SysSockAccept(socketId, ADR(Address), ADR(address);tcp_state := 100;END_IF100: (* SysSockSend(socketId,ADR(send),SIZEOF(send),1);*)SysSockRecv(SocketHandle,ADR(receive1),SIZEOF(receive1),1); IF protocol_id=0 AND device_id=0 AND receive110 THEN (*modbus_tcp,protocol_id=0*) frame_pr

15、ocess();tcp_state := 120; END_IF;END_CASE;END_IF;1.3.4 创建MODBUS_TCP SERVER 报文处理程序（部分子程序）当服务器端 接收到客户端的报文之后，经过了Modbus Tcp 协议ID和功能码有效性判断之后，调用报文处理程序，在报文处理程序中，主要是根据01，02，03，04，05，06，15，16 MODBU-TCP读写字，读写位功能码分别进行处理。例如进行写寄存器功能的处理时，先判断写入寄存器的起始地址和写入寄存器个数，再进行带地址偏移的赋值，在赋值过程中要进行高低字节的转换，以保证数据的正确性。Frame_process （

16、*MODBUS_TCP报文处理*） IF (send_do =FALSE )THEN CASE input_byte12 OF 03:(*读寄存器*) address_temp:=SHL(BYTE_TO_INT(input_byte13),8) + ( BYTE_TO_INT(input_byte14); FOR move_to_send:=address_temp TO address_temp+(length_temp)*2 DO output_byte4+move_to_send-address_temp:=mw_areamove_to_send+address_temp+1; END_

17、FOR; END_CASE; END_IF;2 .MODBUS_TCP server 的验证使用在MODBUS_TCP sever通讯程序完成之后，通过wireshark以太网抓包软件分析MODBUS-TCP报文，并使用Easybuilder800触摸屏软件实现了触摸屏和PAC控制器的MODBUS_TCP通讯。 图4. wireshark以太网抓包软件分析的MODBUS-TCP报文 图5. 使用Easybuilder800触摸屏软件配置通讯接口 图6. 使用Easybuilder800触摸屏软件监控控制器变量状态结论使用Codesys软件平台的sockets 编程可以实现PAC控制器和任意公开协议的以太网设备进行通讯，Codesys内部的库函数的功能丰富，PAC控制器通讯编程的灵活性远比PLC强大。参考文献：1 郝