毕业论文基于modbus的plc与上位机的通信

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1 引言随着微电子技术和计算机技术的进步，可编程控制器以其可靠性高、抗干扰强、开发周期短，已经成为一种较为普及的、适应多种应用环境的工业控制器。现已从最初的简单顺序控制、逻辑控制发展到可进行模拟量控制、位置控制，特别是PLC与PLC、PLC与计算机通信功能的实现，可组成多级控制系统，形成工厂自动化网络。PLC可以多种方式如直接采用现有的组态监控软件与上位监控机通信，但针对小规模的控制系统，找到一种高性价比的通信方法，具有积极的实际意义。本文就是讨论如何利用Modbus通信协议来实现施耐德电器公司的NanoPLC与上位监控PC机的通信。2 硬件描述及串口设置2.1 接口电路设计PLC与PC间实现通信，可使二者互补功能上的不足，PLC用于控制方面既方便又可靠，而PC机在图形显示、数据处理、打印报表以及中文显示等方面有很强的功能。因此，各PLC制造厂家纷纷开发了适用于本公司的各种型号PLC机通信的接口模块，不同的通信方式，有着不同的成本价格和不同的适用范围。NanoPLC的CPU单元本身带有1个RS-485扩展口，可不配备专用通讯模块，而通过此接口与上位机进行串行通信。在此介绍一种通过PLC的RS485扩展口与PC机的RS-232串行口进行通信的方法。由于NanoPLC的扩展口采用RS-485标准，RS485是RS422的变型。RS422为全双工，可同时发送与接收；RS485则为半双工，在某一时刻，1个发送另1个接收。RS485是一种多发送器的电路标准，允许双导线上1个发送器驱动32个负载设备，负载设备可以是被动发送器、接收器或收发器。而计算机的串行口采用RS-232标准。因此，作为实现PLC与计算机通信的接口电路，必须将RS-485标准转换成RS-232标准。我们利用SC-485转换器实现RS485与RS232之间的转换。转换电路如图1所示。图1 RS485与RS232转换电路图2.2 PLC串行口设置施耐德的NanoPLC对通信参数的设置通过设置扩展口来实现，系统采用PC 机作为Modbus通信网络主站，NanoPLC作为从站。通信格式设置如下：波特率4800bps，图2 PLC串行口设置8位数据位，1位停止位，无奇偶校验。如图2所示。2.3 PC机的串口初始化在微机数据通信中，经常使用大规模集成串行接口电路芯片，它们的种类和型号很多，如UART、USRT、USART等。能完成异步通信的硬件电路称为UART。作为可编程的异步串行通信芯片UART，应根据协议的要求对其初始化。可编程串行异步通信控制器8250是IBM PC串行通信控制器I/O接口电路的核心，通过对8250的编程，可以控制串行数据传送格式和速度。PC机有2个串行通信接口COM1和COM2。若选COM1，则8250各寄存器地址为3F8H~3FEH；选COM2，则8250各寄存器地址为2F8H~2FEH。这里介绍用Tubro C直接对PC机中的UART 8250中各寄存器进行初始化。本例采用COM2口，初始化如下：outportb(0x2fb,0x80); /*btp=4800*/outportb(0x2f8,0x18);outportb(0x2f9,0x0);outportb(0x2fb,0x1b); /*initialize (

8、

1、n)*/outportb(0x2f9,0x0);outportb(0x2fc,0x3);3 软件描述3.1系统通信协议NanoPLC采用Modbus通信协议。任何根据此通信协议进行通信的主、从机之间进行数据信息交换时，信息格式都必须遵守通信协议所规定的格式。Modbus的数据交换模式有2种，1种为ASCII编码制，1种为RTU编码制。本例采用RTU码传输模式，它包括一些特殊标志码、PLC站号、呼叫字和校验码等，其数据帧格式如附表。

（1）帧开始：数据帧以至少3.5个字符间隔时间（T1-T2-T3-T4）标志开始和结束。整个信息帧必须以连续的信号进行传输，从而保证CRC的校验正确。

（2）从站地址：1个字节。各从站识别码，站号取值范围01H-F7H，共有247种不同站。但Nano系列PLC通讯网络最多允许32个从站。

（3）功能号：1个字节。表示主站对从站的各种操作工作，主机发功能号给从机，如果从机响应正常，则回送相同的功能码；如有错误发生，则将原功能码符号位置“1”后回送，并将错误代码写入数据区回送。各功能号具体功能如下：01或02：读n个内部位%Mi03或04：读n个内部字%Mwi05：写1个内部位%Mi06：写1个内部字%Mwi15：写n个内部位% Mi16：写n个内部字%Mwi(4) 数据区：数据区由一串2位16进制数据组成，从00-FFH。如果通信正确，数据区存放PLC回应上位机的信息；如发送数据有误，则返回异常代码。NanoPLC处理的2种异常代码：*01：功能未知（PLC不支持的请求）如发送： 01H 16H 00H 00H FFH 00H 09H F9H 返回： 01H 96H 01H 8EH 60H*03：无效数据（位或字的数据错误，如写位时数据既非16#FF00，又非16#0000）如发送：01H 05H 00H 00H 03H 06H 4DH 38H 返回：01H 85H 03H 02H 91H(5) 校验码：2个字节。采用CRC循环冗余码。它的基本原理是将一段信息看成一个很长的二进制数，然后用一个特定的数（如11021H）去除它，最后将余数作为校验码附在信息代码之后一起传送（或存储），在进行接收（或读出）时进行同样的处理，如有差错就可发现。需特别注意的是，如果发送信息中的CRC校验码计算错误，则通信不能成功。3 按通信协议编程根据Modbus...