使用PLC自带功能实现不同厂家PLC之间的协议的解析及转达

作为工程师，经常会用到各种品牌的设备，PLC等。而且在现场，经常会遇到不同设备之间需要走通讯的需求，但不同公司的设备支持的协议不尽相同。类似于来自不同国家的学生在同一公司协同工作，这时候我们怎么才能做到让不同的人能相互理解别人的意思呢？以往经常使用的方式是采用安装第三方或厂家自带的协议转换模块。类似于给设备安装不同的翻译器。这时候会增加很多成本，让预算紧张的项目雪上加霜。这时，有一个不成熟的想法在脑海中成型，既然物理口一样，要么是RS485，要么RJ45，要么CAN等，那我们是不是可以利用自带的功能，实现协议的相互认识？说干就干，接下来，让我们以Modbus为例，理解如何使用PLC自带功能实现不同厂家PLC之间的协议的解析及转达 。

第一步：解读Modbus协议

Modbus通信协议由Modicon公司（现已经为施耐德公司并购，成为其旗下的子品牌）于1979年发明的，是全球最早用于工业现场的总线规约。由于其免费公开发行，使用该协议的厂家无需缴纳任何费用，Modbus通信协议采用的是主从通信模式（即Master/Slave通信模式)，其在分散控制方面应用极其广泛，从而使得Modbus协议在全球得到了广泛的应用。

1、Modbus协议解析

1.1 Modbus RTU协议中的指令由地址码(1Byte），功能码（1Byte），起始地址（2Byte），数据（N个Byte），校验码（2Byte）五个部分组成 ，其中数据又由数据长度（2Byte，表示的是寄存器个数，假定内容为M）和数据正文（M乘以2个Byte）组成，而且RTU协议是采用3.5个Byte的空闲时间作为指令的起始和结束，一般而言，只有当从机返回数据或者主机写操作的时候，才会有数据正文，而其他时候比如主机读操作指令的时候，没有数据正文，只需要数据长度即可。

Modbus 通用帧

1.2 Modbus TCP协议是在RTU协议上加一个MBAP报文头 ，由于TCP是基于可靠连接的服务，RTU协议中的CRC校验码就不再需要，所以在Modbus TCP协议中是没有CRC校验码，用一句比较通俗的话说就是：Modbus TCP协议就是Modbus RTU协议在前面加上五个0以及一个6，然后去掉两个CRC校验码Byte就OK了。

2、长度计算：

早期串行链路上MODBUS 执行的长度约束限制了MODBUS PDU大小(最大RS485 ADU=256Byte).因此可以得到RTU及TCP的长度：

RTU MODBUS ADU = 253Byte+从站地址(1Byte) + CRC (2 Byte) = 256 Byte。TCP MODBUS ADU = 249Byte+ MBAP (7 Byte) = 256 Byte。

MODBUS 协议定义了三种 PDU。 它们是：

MODBUS 请求 PDU，mb_req_pduMODBUS 响应 PDU，mb_resp_pduMODBUS 异常响应 PDU，mb_excep_resp_pdu

定义 mb_req_pdu 为：

mb_req_pdu = { function_code, request_data}，其中function_code - [1个Byte] MODBUS 功能码request_data - [n个Byte]，这个域与功能码有关，并且通常包括诸如可变参考、变量、数据偏移量、子功能码等信息。

定义 mb_resp_pdu 为：

mb_resp_pdu = { function_code, response_ data}，其中function_code - [1个Byte] MODBUS 功能码response_data - [n 个Byte]，这个域与功能码有关，并且通常包括诸如可变参考、变量、数据偏移量、子功能码等信息。

定义 mb_excep_resp_pdu 为：

mb_excep_resp_pdu = { function_code, request_data}，其中function_code - [1个Byte] MODBUS 功能码 + 0x80exception_code - [1个Byte]，在下表中定义了 MODBUS 异常码。

Modbus TCP与Modbus RTU协议转换实例对比：

发送：

接收

3、超时时间计算 ：该计算与波特率、设备运算能力、数据量等参数相关，本文主要以TCP为主，这里就不做赘述。有感兴趣的小伙伴们可以自行了解。

第二步：实例解读

本文以RA官网提供的Demo程序进行Modbus TCP Slave梯形图实现解读。

1、前提准备

实验设备：

硬件：

AB PLC ：1769-L33ERM西门子PLC ：S7-1517编译PC ：DELL Latitude E5501

软件：

Modbus Slave PC端仿真：ModsimModbus Master PC端仿真：ModscanAB PLC程序编译环境：Studio5000 V32.11西门子PLC程序编译环境：TIA V16

注意点：

1、ModbusTCP 任务放在50-100ms的低优先级周期任务

2、西门子PLC可使用MB_SERVER 及MB_CLIENT 进行Modbus TCP通讯。

2、AB PLC程序流程

2.1：清空链接

2.2：创建Socket链接

2.3：Socket参数设定

2.4：获取网卡连接数

2.5：创建接收连接

2.6：Socket数据读取：读取到MBTI_Read_Resp字符组

2.7：协议解析和封装：

2.7.1：判断接收字符串是否为标准modbus格式

2.7.2：解析读取到的Modbus字符串，并根据命令字，利用不同标签进行应答数据处理

2.7.3：根据命令进行不同处理，线圈跳转到线圈处理处；寄存器跳转到寄存器处理处；

2.7.4：根据需要读取的起始地址、长度、将对应数据获取出来并复制到发送缓存区；

2.7.5：数据打包，将PDU打包成ADU

2.8 :Socket数据发送:将MBTI_Write_Data_Out数据发送到Socket

以上是实例是根据RA官网提供的Demo程序进行讲解如何使用 AB ControlLogix及CompactLogix系列PLC通过Socket方式进行Modbus TCP协议编写。由此可类比可制作其他基于Socket协议的协议解析及通讯。

如何将写好的PLC程序传输到设备上？这几种基础方式值得一看

小编有话说 >>

小编常常遇到许多朋友在后台询问，PLC编写好的程序，怎样传输到设备上。

PLC编程不同于其他的计算机软件编程，写好的程序在电脑上不会自动运行，需要结合外部线路和机械设备才能发挥程序的价值，这也是自动化技术的特色，理论+实践，软硬件结合，才是自动化发展的正确走向。

所以本文就给大家总结了，PLC与电脑联机的几种基础方式。希望大家多多点赞分享支持一下！

1、串口

串口，是最早，也是最方便的一种方式，它利用计算机自带的串口和 PLC 的串口建立连接，早期 PLC 都是采用这种下载方式。例如三菱 FX 系列，西门子 S7-200 和 S7-300 系列。即使进入新世纪，很多电脑取消了串口，但很少有 PLC 是不带串口的。

PLC 的串口一般是和触摸屏建立连接用的。而现在的电脑已经没有串口，一般都用 USB 转串口线缆来实现，特别是USB 转 485 串口，不但用于 PLC，还广泛用于各种变频器，伺服驱动器的连接。

不要认为变频器和伺服驱动器就设几个参数，没有连机的必要，在处理负载疑难问题时，连机监控一下变频器的参数和各种状态，是很有必要的。

USB 转 RS485 是工控人常备工具，比如在做串口通讯时，我们可以利用串口助手监控数据。早期的西门子PLC 的下载线可以用此线缆替代，还用众多的变频器，伺服驱动器以及一切用 RS485 通讯的下载线，都可以用。一般原装线缆都非常昂贵，使用通用的 USB 转 RS485线缆，可以节省不少费用。

西门子 S7-200，GE 各系列 PLC，丹佛斯，CT，富士，施耐德，伦茨等驱动器的连机线都可以用 USB 转 485 线缆替代，而他们的原装线缆可是天价。

2、USB

虽然串口优点很多，但也有不少缺点，最大的缺点就是速度慢。随着技术的进步，USB 逐渐占据半壁江山，现在 PLC 都支持 USB 现在程序，用得最多的就是 MICRO USB 接口，也就是老式手机和移动硬盘的那种 T 形口。

不光 PLC，大部分触摸屏，文本显示器也是用此接口下载程序。

如上图所示，是三菱 FX3 系列 PLC，看红色圆圈部分的接口，很多工控产品都是此种接口。几乎所有的触摸屏都是此下载接口。

还有一种接口，是方形 USB 接口，也就是打印机上的那个接口，欧姆龙 PLC 就是用此接口，所以，打印机的连接线就是欧姆龙 PLC 的下载线。

如上图所示，红色圆圈部分，就是欧姆龙 PLC 的下载接口，这和打印机的接口是一样的。

串口和 USB 是两种最常用的连机方式，不但适用于 PLC，还广泛应用于触摸屏，伺服，变频器等等应用非常广泛。而很多 PLC 同时支持两种连机方式。

如上图所示，就是三菱 PLC 编程软件 GX WORKS2 的连机选项，我们可以看到，它是支持两种方式的。

3、网线

随着互联网技术的发展，以太网也越来越多地应用于工业自动化行业，因此很多 PLC 也支持网线连机了，比如西门子最新的博途平台，S7-1200 系列。甚至低端的 S7-200smart 系列也支持网口连机了。

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