基于Modbus协议的S7-200PLC主从结构的通信技术研究

1、机电一体化技术给速度进行了模拟 . 模拟结果表明 :切削力 , 进给力 , 单位面积切削力 , 单位面积进给力都随切削速度的 增大而减小 . 随着进给速度的增大 , 切削力和进给力都增大 , 而单位面积的切削力和进给力都减小 . 得出 的规律对优化高速切削工艺参数和建立高速切削数 据库有指导意义 .在模拟时对研究对象进行了一定的简化 , 只研 究了二维切削情况 , 而实际的切削过程大都是三维 切削 , 因此 , 下一步将开展三维有限元模拟研究 . 参考文献 :1 艾 兴 , 等 . 高速切削加工技术 M . 北 京 :国防 工业出版社 , 2003.2 武文革 , 等 . 金属切削原理及刀具

2、M . 北京 :国 防工业出版社 , 2009.3 Salo mon C J. Pr ocess fo r the machining of metals o rsimilar ly act ing materials when being w o rked by cut ting t oolsP. G erman Patent:523594, 1931-04. 4 N or ihiko N arutaki. H ighspeed machining o f tit aniumalloy J .Chinese journal of mechanical eng ineer ing, 2002,

3、 l(15 :109-113.5 蔡玉俊 , 等 . 基于 A BA Q U S 的高速切 削切屑 形成过 程的有限元模拟 J.机械强度 , 2009, 31(4 :693-696. 6 杨 扬 , 程信林 . 绝 热剪切的研究现状及发 展趋势 J.中国有色 金属学报 , 2002, 12(3 :401-408.7 Jo hnson G R, Cook W H. A constitutiv e mo del and data fo r metals subjected to larg e str ains, hig h stra inrates and high temperaturesA.

4、P roceedings of 7th interna tional symposium on ballist icsC. Netherlands:s. n.1983. 541-547.8 鲁世红 , 何 宁 . T C4钛合金动态本构模 型与高速切削有限元模拟 J.兵器 材料 科学 与工程 , 2009, 32(1 :5-9.9 刘 东 陈 五一 . 钛合 金 T C4切 削过 程流 动应 力模 型研究 J.塑性工程学报 , 2008, 15(1 :167-171. 作者简介 :芮执元 (1962- , 男 , 甘肃白银人 , 教授 , 博士 研究生导师 , 研究方向为成套自动化装备、 计算

5、机仿真与虚拟技术 .基于 M odbus 协议的 S7200PLC 主从结构的通信技术研究武 朝 1, 徐 聪 2, 张文君1(1. 武汉理工大学机电工程学院 , 湖北 武汉 430070; 2. 武汉理工大学资源与环境工程学院 ,湖北 武汉 430070Research of Communication Betw een S7200PLC M aster and Slave Based onM odbus ProtocolWU Chao 1, XU C ong 2, ZHANG Wenjun 1(1. M echanical and Electr ical Eng ineer ing A c

6、ademy , W uhan U niver sity o f T echnolog y, Wuhan 430070, China; 2. R eso ur ces andEnv iro nmental Eng ineer ing Academ y, W uhan U niver sity o f T echno log y, Wuhan 430070, China收稿日期 :20101122摘要 :为了实现 PLC 的数据共享 , 提出了通过 Mo dbus 协议将 2台 PLC 分别组建成通信主站和从 站的方法 , 而且 S7200PLC 自带 M odbus 通信协议库 , 可 以 方

7、便 地 组 建 M odbus 通 信 网 络 . 根 据 Mo dbus 协议的基本要求 , 对该网络的主站 、 从站的 配置做了详细说明 . 实验结果表明 , 通信网络数据传输准确可靠 , 具有较高的实时性和稳定性 .关键词 :Mo dbus 协议 ; PLC; 主站 ; 从站中图分类号 :TP273文献标识码 :A文章编号 :10012257(2011 04002604Abstract:In order to achieve data sharing be tw een PLC, w e take them as comm unication master and slave w ith

8、 the Mo dbus protocol. And S74基于 M o dbus 协议 的 S7200PL C 主从结构的通信技术研究 机电一体化技术200PLC has its ow n Mo dbus co mmunication proto col library that can be easily used to set up M odbus com munications netw ork. T his article explains the config ur ation o f the m aster and slav e in detail w ith the basic

9、s of M odbus protocol. Ex perim ental re sults show that the data is accur ate and reliable in this com munication netw ork and it has hig h real tim e and stability.Key words:M odbus protoco l; PLC; master; slave0 引言Modbus 通讯协议广泛应用于工业现场控制的 自动化设备中 . M odbus 协议遵从 主 " 的原 则 , 也就是只有一个设备作为主机能主动发送询问

10、信息 , 其它设备都是作为从机响应主机的命令或将 所需的信息返回至主机 . 每个从机具有惟一的地址 , 物理层采用 RS485接口 1. 由于 M odbus 协议具有 开放性好、 诊错能力强、 数据传输速率高、 成本低和 易实现等优点 , 被越来越多的设备厂家的产品所支 持 . 同时 , 随着微电子及控制技术的不断发展 , PLC 功能不断完善 , 已经逐渐成为一种智能型、 综合型的 控制器 , 以 PLC 为控制器构成的数据采集和控制系 统 , 广泛应用到了工业自动化系统中 2.在现代工厂中 , 不仅需要通过 Mo dbus 协议将 控制器 PLC 与各种智能设备相连 , 构建出工业控制

11、网络 , 从而实现 PLC 与智能设备之间的数据交互与 信息传递 , 提高系统的自动化控制水平 . 在很多工业 场合 , 也需要将 2台 PLC 相连起来 , 进行数据共享 . 其中 1台 PLC 作为通信主站 , 另外 1台 PLC 作为 通信从站 , 主站 PLC 读取从站 PLC 的相关状态信 息 , 再按照预定程序执行相关操作 , 可以保证工业生 产控制的可靠性 . 本文提到的连接方式 , 不需要添加 任何外部硬件和编写程序 , 就可以实现主从站数据 共享 , 且成本低、 应用方便和性能高 , 在工控领域具 有广泛的应用 .1 M odbus 通讯协议Modbus 应用层协议是由美国

12、Mo dico n 公司于 1979年开发的 , 用于实现其 PLC 产品与上 位机的 通信 . 由于其简单易用 , 得到了广大工业自动化仪器 仪表企业的 采纳 与支持 , 实 际上已 成为 了业 界标 准 3. M odbus 协议是一个 主 从架构的协议 , 采用 请求 . 包括一个主站 , 而其它使用 Mo db us 协议参与通信的节点为从站 , 每一个从站都有一 个惟一的地址 , 并且定义了一个控制器能够识别使 用的消息结构 , 以此描述了一个控制器请求访问其 它设备的过程 , 如何回应来自其它设备的请求 , 以及 如何侦测并记录错误信息 , 从而使控制器可以在网 络和其它设备之间完

13、成信息和数据的交换与传送 . 1. 1 Modbus 主从站的请求 响应方式1. 1. 1 主站请求请求消息中的功能代码告之被选中的从设备要 执行何种功能 . 数据段包含了从设备要执行功能的 信息 . 例如功能代码 03是要求从设备读保持寄存器 并返回其内容 . 数据段必须包含要告之从设备的信 息 :从何寄存器开始读及要读的寄存器数量 .1. 1. 2 从站响应如果从站设备产生了正常的响应 , 响应消息中 的功能代码应是查询消息中的功能代码的回应 . 数 据段包括了从站设备收集的数据 , 如寄存器值或状 态 . 如果有错误发生 , 功能代码将被修改以用于指出 响应消息是错误的 , 同时数据段包

14、含了描述此错误 信息的代码 .M odbus 通信中的主站和从 站之间的的请求 响应方式可以用图 1示意 .图 1 M o dbus 主站与从站的请求1. 2 Modbus 信息帧格式M odbus 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 2个 4位 十六进制字符 , 相对 ASCII 模式 , RT U 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 M odbus 协议 4. 选 用 RTU 模 式来实现基 于 M odbus 协议的 PLC 主 站和从站的通

15、 信 , RTU 模式的数据通信格式为 1个起始位、 8个数据位、 1机电一体化技术 基于 M o dbus 协议 的 S7200PL C 主从结构的通信技术研究个奇偶校验位、 1个停止位 (有校验 或 2个停止位(无校 验 , 其 错 误 校 验方 式 为 CRC 校 验 . 另外 ,Mo dbus 协议 RT U 格式的报文以传递一段空闲时间开始 , 这段时间不短于 3. 5倍的字符发送时间 , 并以同样的时间标志来表示报文的结束 . 一个典型的RT U 信息帧的基本结构如表 1所示 .表 1 RTU 通信帧的基本格式开始位 站地址 功能码 数据 1 数据 N C RC 校验 终止位T 1

16、T 2T3T 48Bit 8Bit N 个 8Bit 16Bit T1T2 T 3T42 S7200PLC 应用 M odbus 协议目前 S7200PLC 支持的通信协议有 PPI 协 议、 M PI 协议、 Profibus 协议、 M odbus 协议等 . PPI 和 MPI 协议是西门子内部协议 , 对外不公开 ; Pro fi bus 协议虽然公开 , 但是成本比较高 ; 而 Mo dbus 协 议是基于自由口通信模式开发的 , 是完全对外公开 的 , 其数据诊断能力强、 成本低 , 能稳定可靠地实现 S7200PLC 与其他智能设备的通信 5.通过 Modbus 协议 , S72

17、00PLC 可以方便的与 其他设备之间进行数据交换 , 包括 PLC 的数字量输 入点、 数字量输出点、 模拟量输入和 保持寄存器 V 区 . 为了便于快速寻找到相应的数据 , S7200PLC 将上述数据的存储地址都与 M odbus 的通用地址建 立了一一对应的关系 6, 如表 2所示 .表 2 Modbus 地址与 S 7200PLC 地址的映射M odbus 地址 PLC 地址 M odbu s 地址 PLC 地址 000001Q0. 0030001AIW0 000002Q0. 1030002AIW2 000128Q15. 7030032AIW62 010001I0. 0040001H

18、 oldS tart 010002I0. 1040002HoldS tart+2 010128I15. 704xxx x H oldS tart+ 2 (xxxx -1通过上述地址映射表 , 可以轻松地建立 PLC 与 其它带 Mo dbus 通信协议的智能设备之间的通信 . 比如说 , 当将 PLC 作为从站 , 建立正常通信后 , 为了 读取 PLC 的输入点 I0. 1的状态量 , 主站设备可以 通过 M odbus 协议 , 直接访问从站 010002这个地址 的数据 .在 PLC 与智能设备之间进行通信时 , 经常要读 取数字量 输 入 DI 、 数字 量 输 出 DO 、 模 拟

19、量输 入 AIW 、 保持寄存器 V 区的数据信息 , 以 M odbus 协 议下的读取 DO 数据为例来展示其信息帧格式 , 如 表 3、 表 4所示 (以读取从站 02为例 .表 3 数字输出量 DO 的 请求帧格式从站地址功能码起始地址高位起始地址低位DO 总位数高位DO 总位数低位CRC 0201XX XX XX XX XX 表 4 数字输出量 DO 的 响应帧格式从站地址 功能码 字节数 DO 状态量 CRC 0201XX XX XX 3 S7200PLC 主站和从站通信配置 在 S7200的程序中使用 M odbus 协议指令的 编程步骤如下 : 在用户程序中调用 M odbus

20、 主站 和从站指令 . 完成主站和从站子程序的相关参数 选择 . 为 M odbus 主站和从站协议指令分配库内 存地址 . 处理 M odbus 协议与 PPI 协议的切换 . 在 S7200PLC 对应的 编程软 件 Step7M ir co win 中 , 可 以通 过 增 加 库 文 件 的 方 式 , 来 完 成 M odbus 主站和从站的配置和编程 , 非常简单方便 . 为了完成主站的配置 , 需要添加 M odbus Master 库 文件 , 该文件包含 M BU S CTRL 和 MBUS MSG 两个子程序 ; 为了完成从站的配置 , 需要添加 M od bus Proc

21、o to l 库文件 , 该文件包含 MBUS INIT 和 M BU S SLAVE 2个子程序 . 只要按照相关说明将 上述 4个子程序配置合适 , 就可以完成主站和从站 的通信所需的软件程序连接 . 为了保证通信质量 , 选 用专用的 Pro fibus DP 电缆来连接作为主站和从 站的 2台 PLC, 完成通信所需的硬件连接 .以 2台 PLC 为基础 , 设计了主站和从站的通信 程序 , 以完成 M odbus 通信功能 . 主站每隔 10s 去 读取一次从站的某些重要状态信息 . 主站和从站的 M odbus 通信流程图简要表示如图 2、 图 3所示 .4基于 M o dbus

22、协议 的 S7200PL C 主从结构的通信技术研究 机电一体化技术根据 S7200系统手册 中的 M odbus 通信指 导内容 , 在编程软件 Step7M irco w in 的相应库文件 帮助下 , 对主站和从站进行了如表 5、 表 6的配置 . 表 5 主站参数配置表参数类型 配置值模式 1(M odbus 通信 波特率 9600奇偶校验 0(无校验 延时 1000ms从站地址 2读写选择 0(读 读取起始地址 41000(保持寄存器数据 读取数目 100存储起始地址 &VB2000表 6 从站参数配置表参数类型 配置值模式 1(M odbu s 通信 波特率 9600奇偶校验 0(无校验 延时 0从站地址 2最大 I/O 点数目 128最大 AIW 点数目 16允许 V 区数目 100V 区起始地址 &VB1000根据上述设定好的参数值 , 在程序中对 M odb us 通信中的主站和从站设置如图 4、 图 5所示 .4 结束语按照上述配置成功后 , 通过监控主站 PLC 的程 序运行并启动状态表监控 , 发现主站已经完全无误 地读取到了从站中对应的 V 存储区的数据 . 并且通 过更改主站中 的 Addr 参数 , 也可以快速准 确地读 取从站的数字输入点 DI 、 数字输出点 DO 和模拟量 输入点 AIW 的数据 .Modbus 通信协