西门子CPU模块6ES72881ST200AA0

基于串行链路的Modbus通信网络是一种主从式网络，在串行网络中只允许存在一个主节点和*多247个从节点，在这种网络下，标准ModbusADU中的附加地址域只包含从节点的地址，可寻址范围是0~247，地址0作为广播模式地址使用，从节点地址的有效取值范围是1~247，并且每个从节点的地址必须是*的，主节点不存在具体的地址值。主节点设备将要访问的从节点设备的地址放入到请求帧的地址域中，当该地址的从节点设备作出响应时，将会把从节点设备的地址复制到响应帧的地址域中，主节点设备通过该地址得知是由哪个从节点设备发来的响应。

校验域存放了根据报文内容经由冗余校验算法计算所得到的结果。在基于串行链路的Modbus通信网络中有两种传输方式:RTU和ASCII，这两种传输方式的冗余校验算法是不同的。

采用RTU通信模式要比ASCII模式在同样波特率下能传输更多信息，在RTU模式底下是以二进制编码方式对传输数据进行编码，报文中每一个字节(8位二进制位)包含了两个十六进制字符，同一报文内的字符必须连续传输。RTU模式字节传输格式由1位起始位，8位数据位，1位奇偶检验位和1位停止位依次组成，共占用11位二进制位。当不使用奇偶检验时，奇偶校验位也作停止位使用，此时共有两位停止位。RTU传输模式下帧的差错校验域内存放的是报文经过循环冗余检验(CRC)算法计算得出的结果。

采用ASCII通信模式时，每一个字节(8位二进制位)用两个ASCII字符表示。由于每个字节都要用两个字符表示，数据域的长度是RTU模式的两倍，显然在该模式下的传输效率要比RTU模式低。该模式的字节传输格式与RTU模式相似，只是数据位置占用7个二进制位。ASCII模式下帧的差错检验算法为纵向冗余校验(LRC)。

Modbus-TCP实现了在TCP/IP以太网上以客户/服务器方式的Modbus报文通信。这种通信模型是将Modbus协议作为应用层协议嵌入到低层TCP/IP协议中构成的。与标准Modbus帧相比，Modbus-TCP帧中的寻址与校验交由TCP/IP协议完成。如图3所示，使用封装的方法将ModbusPDU嵌入到TCP报文中形成Modbus-TCP帧，该帧在PDU之前形成了一个占用7个字节大小的MBAP帧头，帧头可以划分为四部分，如表3所示。

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交易标识符用于交易校验，服务器端节收到由客户发来的请求交易标识符并复制到响应中。协议标识符用于系统内多路复用传输，取0值时代表Modbus协议传输。长度域记录了该域后续报文的字节长度(包括设备识别符和数据域)，用于服务器识别报文的传输结束。设备标识符用于系统内路由，当需要与通过以太网网关连接的Modbus串行链路或Modbus-Plus通信网络上的设备进行通信时，该标识符域的值由Modbus-TCP客户在请求帧中设置，服务器接收到后，在响应帧中复制该值。

3Modbus-TCP应用

针对施奈德电气旗下的Quantum系列PLC，为了加快完成这方面的工作，采用自编写的程序实现计算机对PLC的四种数据类型直接操作。硬件方面，Quantum系列PLC有能提供以太网接口的网络模块，通过底板与CPU通信，它作为Modbus-TCP通信的服务器，不需要我们做其他编程工作。PLC为上文所陈述的四种数据类型定义了四个独立的内存区，其中离散输入为1区，线圈为0区，输入寄存器为3区，输出寄存器为4区，寻址方式为区号加上5位的十进制地址，当输入地址不足6位时，系统将自动认为*位数值为内存分区号，其后数值为该区域内的地址编号。由于操作的目的在于检验PLC系统中IO通道的正确性，所需要使用的功能码有:读线圈01、读离散输入02、读保持寄存器03、读输入寄存器04、写多线圈15和写多个寄存器16。

一次完整的Modbus-TCP通信在时间上可以划分为三个步骤:连接的建立、Modbus数据传输和连接的释放。在进行Modbus数据传输之前首先要建立起一个连接，设备是通过在502端口提供一个*口(socket)来允许与其它设备建立新连接和进行数据传输。当某一设备需要与远方的服务器进行数据交换时，必须通过自身大于1024的端口与服务器的502端口建立连接。TCP连接建立后，客户端设备便可以发送Modbus请求帧到服务器，服务器接收到请求后作出响应，向连接客户的端口发送响应报文。传输结束时，客户端负责进行释放通信连接的初始化工作。欢迎转载，本文来自电子发烧友网

程序在DOS模式下运行，提供有以下运行参数:

-ip:即目标服务器的IP地址;

-p:PLC的Modbus通信端口，默认值为502;

-c:服务器执行功能码的操作对象数量;

-r:操作的起始地址;

-w:写操作参数;

-a:自动操作模式;

西门子CPU模块6ES72881ST200AA0-t:自动操作的时间间隔;

-b:线圈写操作的布尔值。

4结束语

通过以太网来实现计算机直接读写PLC数据，使得厂级监控网络能够直接与现场设备通信，监控人员能够在熟悉的计算机画面上对PLC通道进行检测，与依靠人为施加信号来进行检测相比，前者明显地降低了操作人员的工作量，而且当需要检测的IO点数量越大时，效率越高。本程序只是Modbus与TCP/IP协议结合的一个简单应用，虽然以太网的实时性、稳定性和抗干扰性已得到很大的发展，但要把以太网真正应用到实际的控制中还有很多技术难题，这还要走很长一段路。不过以太网进入自动控制领域已是必然趋势，它将使控制变得更加简单和清楚。