摘 要：Modbus-TCP是運(yùn)行在TCP/IP上的Modbus傳輸協(xié)議。應(yīng)用Modbus-TCP構(gòu)建的工業(yè)太網(wǎng)絡(luò)具有組網(wǎng)簡單，通信高效、穩(wěn)定的特點(diǎn)，因而在工業(yè)工程中得到了較多的應(yīng)用。該文以Modebus-TCP通信在全國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)大賽中的具體應(yīng)用為例，詳細(xì)闡述了Modebus-TCP在以西門子自動(dòng)化設(shè)備為基礎(chǔ)的工業(yè)工程中的一般用法。

關(guān)鍵詞：TIA Portal；Modbus-TCP；S7-1200 PLC

前言

西門子TIA Portal全集成自動(dòng)化軟件是業(yè)內(nèi)首個(gè)采用統(tǒng)一工程組態(tài)和軟件項(xiàng)目環(huán)境的自動(dòng)化軟件，適用于西門子所有自動(dòng)化工程任務(wù)，功能非常強(qiáng)大。目前，國內(nèi)還在廣泛使用的西門子早期產(chǎn)品S7-200 PLC系列不能在該系統(tǒng)平臺(tái)上應(yīng)用。隨著西門子S7-1200 PLC逐漸替代S7-200，TIA Portal軟件系統(tǒng)必將在國內(nèi)得到廣泛使用。

Modbus-TCP協(xié)議是運(yùn)行在TCP/IP上的Modbus報(bào)文傳輸協(xié)議。通過此協(xié)議，控制器相互之間可以通過工業(yè)以太網(wǎng)和其他設(shè)備之間通信?；ヂ?lián)網(wǎng)編號(hào)分配管理機(jī)構(gòu)給協(xié)議賦予的TCP編口號(hào)為502。在全國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)大賽系統(tǒng)中使用的PLC為S7-1200系列，因此必需用TIA Portal軟件來為硬件組態(tài)及進(jìn)行系統(tǒng)程序開發(fā)和調(diào)試。系統(tǒng)中S7-1200 PLC為ModbusTcp Server，調(diào)用 “MB_SERVER”指令處理客戶機(jī)的連接請(qǐng)求、接收Modbus功能的請(qǐng)求并發(fā)送響應(yīng)。

1 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)大賽系統(tǒng)簡介

該系統(tǒng)由工業(yè)機(jī)器人、AGV小車、生產(chǎn)流水線、視覺識(shí)別單元、立體庫、碼垛機(jī)、控制柜等設(shè)備組成。主控PLC安裝在控制柜中，采用西門子1215C DC/DC/DC型S7-1200 PLC，擴(kuò)展了3個(gè)I/O模塊。與主控PLC安裝在一起的還有一個(gè)思博康8口導(dǎo)軌式非網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。系統(tǒng)中的S7-1200 PLC、工業(yè)機(jī)器人單元、視覺識(shí)別單元均支持Modbus-TCP通信協(xié)議，設(shè)備上都帶有RJ45連接口。通過網(wǎng)線及交換機(jī)將PLC與工業(yè)機(jī)器人單元及視覺識(shí)別單元等自動(dòng)化設(shè)備連接構(gòu)成工業(yè)以太網(wǎng)。他們之間就可以使用Modbus-TCP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其中S7-1200 PLC為數(shù)據(jù)通信中心，可以中轉(zhuǎn)其他設(shè)備之間的數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件組態(tài)

西門子TIA Portal是一款統(tǒng)一工程組態(tài)和軟件項(xiàng)目環(huán)境的自動(dòng)化軟件，借助該工程技術(shù)軟件平臺(tái)，我們能夠快速、直觀地開發(fā)和調(diào)試自動(dòng)化系統(tǒng)。軟件中工程項(xiàng)目建立后，需要先進(jìn)行硬件組態(tài)，再進(jìn)行編程等其他工作。本例中需要對(duì)S7-1200 PLC主/從站、變頻器、觸摸屏進(jìn)行硬件組態(tài)，工業(yè)機(jī)器人單元和視覺識(shí)別單元無需硬件組態(tài)。

2.2 IP地址設(shè)定

TIA Portal可以非常方便的為項(xiàng)目中組態(tài)的各個(gè)硬件分配IP地址。這是使用Modbus-TCP通信的必需步驟，要設(shè)計(jì)好項(xiàng)目中工業(yè)以太網(wǎng)內(nèi)的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IP地址以及名稱。這里的名稱必須與硬件組態(tài)時(shí)的設(shè)備名稱一致。本例設(shè)定主控PLC的IP地址為192.168.8.10，工業(yè)機(jī)器人的IP為192.168.8.12，視覺識(shí)別單元的IP地址為192.168.8.3。網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備地址必須在同一網(wǎng)段內(nèi)。

2.3 通信設(shè)備數(shù)據(jù)讀寫單元規(guī)劃

Modbus-TCP通信必需設(shè)計(jì)好通信設(shè)備的數(shù)據(jù)讀寫區(qū)域才能正確的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。本例中主控PLC為通信中心，它可以直接與任何下位機(jī)通信，而下位機(jī)之間的通信需要通過它來中轉(zhuǎn)。

本例中主控PLC與工業(yè)機(jī)器人單元通信時(shí)，讀取數(shù)據(jù)是把機(jī)器人40017地址單元開始的4個(gè)字，讀入PLC并存放在P#M3100.0開始的4個(gè)字中；主控PLC寫數(shù)據(jù)時(shí)，將主控PLC 地址為P#M3100.0開始的11個(gè)字寫入工業(yè)機(jī)器人地址為40001開始的11字中。主控PLC與視覺識(shí)別單元的通信為只讀單工通信， PLC將視覺識(shí)別單元地址為41001開始的100個(gè)字讀入PLC地址為P#M2000.0開始的100個(gè)字中即可。

3 通信程序編制

通過上述設(shè)定和規(guī)劃后，通信部分的程序?qū)⒆兊梅浅：唵?。本例Modbus-TCP通信部分的程序如圖1、2所示。

其中，IP_OCTET_1～I(xiàn)P_OCTET_4為下位機(jī)IP地址。CONNECT_ID指下位機(jī)的ID號(hào)。MB_DATA_ADDR數(shù)據(jù)寫入機(jī)器人存儲(chǔ)區(qū)域的起始地址。MB_DATA_LEN為寫入的數(shù)據(jù)長度。IP_PORT為Modbus-TCP通信協(xié)議的固定TCP端口號(hào)（固定為502）。MB_MODE為讀寫模式，1表示寫入對(duì)方，0表示從對(duì)方讀。MD_DATA_PTR為數(shù)據(jù)存放區(qū)域。DONE完成信號(hào)，BUSY忙信號(hào)，ERROR信號(hào)，STATUS為狀態(tài)代碼存放地址。

大賽系統(tǒng)中還有一個(gè)作為從站的S7-1200 PLC，它與主控PLC之間的Modbus-TCP通信應(yīng)用過程和方法和上述相同，在此不再贅述。

通過實(shí)際測試， PLC、工業(yè)機(jī)器人單元及視覺識(shí)別單元之間的通信順暢，穩(wěn)定，為整個(gè)系統(tǒng)的綜合安裝調(diào)試提供了通信保障。

4 結(jié)束語

TIA Portal集成化的工程組態(tài)平臺(tái)，提供了大量工程工具和通信協(xié)議，很好的保證了數(shù)據(jù)管理的高度一致性和完整性，使Modebus-TCP這種以太網(wǎng)方式的數(shù)據(jù)傳輸變得非常簡單、實(shí)用。實(shí)踐證明Modebus-TCP通信以其開放、簡單易用的特點(diǎn)，將越來越多的在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)得到應(yīng)用。

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作者簡介：劉東海（1979-），男，學(xué)士，研究生學(xué)歷，講師，主要從事電子技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)教學(xué)與研究。