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1、第一章 绪论1第二章 基于Modbus总线控制的上位机通信的总体框架2第三章 基于Modbus总线控制的上位机通信的硬件设计33.1 气动回路图33.2 主控制电路图43.3 PLC控制电路图53.4 上位机与PLC的连接图63.5 PLC与变频器的网络接线6第四章 基于Modbus总线控制的上位机通信的软件设计74.1 Modbus通信74.1.1 Modbus通信协议介绍74.1.2 变频器的Modbus RUT通信84.1.2.1 Modbus通信协议描述84.1.2.2 变频器的Modbus RTU通信的实现124.2 三菱FX系列PLC编程口通信协议174.2.1 编程口RS-422
2、接口的介绍174.2.2 基于三菱Fx PLC编程口的通信174.3 上位机的VB监控系统的设计224.3.1 VB介绍224.3.2 制作流254.3.3 监控系统的界面设计264.3.4 监控系统的代码设计29总结35参考文献36致谢3739第一章 绪论PLC足专为工业控制而设计的专用计算机，其体积小，具有高可靠性和很强的抗干扰能力，配置灵活和完善的功能，因此在工业控制系统中得到了广泛的使用。随着工业自动化程度的提高，对PLC的应用提出了更高的要求：更快的处理速度，更高的可靠性，控制与管理功能一体化，控制与管理一体化也就足将计算机信息处理技术，网络通信技术应用于PLC，使用用下位分散控制，
3、用计算机提供图形显示界面，同时对下拉机进行监控。所以通常采用计算机PC与PLC组成一个完整的监控系统。随着工业自动化技术的不断发展，在工业控制中，交流电机的拖动越来越多地采用变频器完成，而变频器也不仅仅作为一个单独的执行机构，而是随着其不断的智能化，可以同主机之间通过一定的通信方式结合成一个有机的整体。 虽然变频器广泛用于各行各业，但因其显示面板简单，且在对数据的处理、计算、保存等方面存在弱点，在一定程度上影响了变频器在复杂控制系统中的应用，不过通信技术与变频器相结合可以弥补这些缺点，可以利用PLC与变频器之间的通讯功能实现远程控制，采用RS485通信接口，使用MODBUS协议实现，对交流电机
4、的拖动进行控制，这是一种低成本的联接方案，可以极大地减少线路联接的复杂性，避免现场可能的各种电磁干扰对控制设备的影响。同时增强了变频器对数据处理，故障报警等方面的功能。第二章 基于Modbus总线控制的上位机通信的总体框架计算机通过三菱Fx系列PLC的程序下载线连接至PLC，PLC上 的485通信板连接到变频器的PU接头，这样，计算机与PLC，PLC与变频器就得以通信。 PLC和变频器通过输出给外部设备进而控制外部设备的运行。如图2-1图2-1第三章 基于Modbus总线控制的上位机通信的硬件设计硬件结构包括了气动回路、主控制电路、PLC控制电路、上位机与PLC的接线图。3.1 气动回路图气动
5、回路：为送料缸，推料缸，龙门机械手提供动力能源。如图3-1所示。图 3-13.2 主控制电路图主电路：为整流变压模块，变频器，异步电动机，PLC等提供工作电源。如图3.2所示。图3-23.3 PLC控制电路图 即PLC的IO接线，接收外部信号，并将信息经过CPU处理运算后经由输出口控制电磁换向阀，指示灯，变频器。如图3-3所示。图 3-33.4 上位机与PLC的连接图 计算机与PLC连接时是用计算机的9针串口，而PLC编程是8针圆头的接口，这里就需要做一个转换。其接线图如3-4图：图3-43.5 PLC与变频器的网络接线PLC与变频器的网络通信，PLC端是用485通信板，而变频器端则是PU接口
6、，接线图3.5：图 3-5第四章 基于Modbus总线控制的上位机通信的软件设计4.1 Modbus通信Modbus应用层协议由美国Modicon公司(现为施耐德电气旗下品牌)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，我国标准化委员会已将Modbus协议作为我国工业自动化的行业标准，分别制定了GB/Z19582.1-2004(Modbus应用层协议)，GB/Z19582.2-2004(串行链路上的Modbus)和GB/Z19582.3-2004(Modbus-TCP)三个标准。Modbus应用层
7、协议位于OSI模型中的第七层，将它嵌入到不同的低层协议中形成了三种具体的通信方式:Modbus串行链路、Modbus-Plus和Modbus-TCP，三种通信网络上的设备可以通过网关来达到数据交换的目的。这些年来以太网的繁荣壮大使得将Modbus协议嵌入到TCP/IP协议中实现Modbus设备间的通信非常必要，鉴于此，1999年施奈德电气发布了Modbus-TCP协议，使得以太网上的Modbus设备可以通过502端口进行通信。 4.1.1 Modbus通信协议介绍Modbus是OSI模型第7层上的应用层报文传输协议，它在连接至不同类型总线或网络的设备之间提供客户机/服务器通信。Modbus协议
8、是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通讯。它己经成为一通用工业标准。Modbus协议是一种在工业领域被广为应用的真正开放、标准的网络通讯协议，被大部分SCADA(Supervisor Control And Data Acquisition数据采集与监视控制系统)HMI(Human Machine Interface人机界面)软件支持，所以它实际上己经成为一种通用的工业标准。有了它不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通讯的。它描述了
9、一控制器请求访问其它设备的过程，如果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。当在一Modbus网络上通讯时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。在其它网络上，包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包的结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。Modbus有两种传输模式，一种是ASCII模式，另一种是RTU模式。当控制器设为在Modbus网络上以ASCI工(美国标准信息交换代码)模式通讯，在消息
10、中的每个s字节都作为两个ASCI工字符发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误。本文以RUT模式为例说明。4.1.2 变频器的Modbus RUT通信这里所使用的变频器是三菱公司的FR-D700系列，4.1.2.1 Modbus通信协议描述1、Modbus通信协议 Modbus协议定义了一个与基础通信层无关的简单协议数据单元（PDU）。特定总线或网络上的Modbus协议映射能够在应用数据单元（ADU）上引入一些附加域。 图图4-1启动Modbus事务处理的客户机创建Modbus应用单元。功能码向服务指示将执行哪各操作。 Modbus协议建立了客户机启动的请求格式。 用
11、一个字节编码Modbus数据单元功能码域。有效的码字范围是十进制1-255（128255为异常响应保留）。当从客户机向服务器设备发送报文时，功能码域通知服务器执行哪种操作。 向一些功能码加入子功能码来定义多项操作。 从客户机向服务器设备发送的报文数据域包括附加信息，服务器使用这个信息执行功能码定义的操作。这个域还包括离散项目和寄存器地址、处理项目数量以及域中的实际数据字节数。 在某种请求中，数据域可是不存在的（0长度），在此情况下服务器不需要任何附加信息。功能码仅说明操作。 如果在一个正确接收的Modbus ADU中，不出现与请求Modbus功能有关的差错，那么服务器至客户机的响应数据域包括请
12、求数据。如果出现与请求Modbus功能有关的差错，那么域包括一个异常码。服务器应用能够使用这个域确定下一个执行的操作。 例如。客户机能够读一组离散量输出或输入的开/关状态，或者客户机能够读/写一组寄存器的数据内容。 当服务器对客户响应时，它使用功能码域来指示正常（无差错）响应或者出现某种差错（称为异常响应）。对于一个正常响应来说，服务器仅原始功能码响应。图4-2Modbus事务处理（无差错）对于异常响应，服务器返回一个与原始功能码等同的码，设置该原始功能码的最高有效位为逻辑1.图4-3 Modbus事务处理（异常响应）2、Modbus主站/从站协议原理 Modbus串行链路协议是一个主从协议。
13、在同一时刻，只有一个主节点连接于总线，一个或多个子节点（最大编号为247）连接于同一个串行总线。Modbus通信总是由主节点发起。子节点在没有收到来主节点的请求时，从不会发送数据，子节点之间从不会互相通信。主节点在同一时刻 只会发起一个Modbus事务处理。主节点以两但种模式对子节点发出Modbus请求： 在单播模式，主节点以特定地址访问某子节点，子节点接到并处理完请求后，子节点向主节点返回一个报文（一个应答）。 在这个模式，一个Modbus事务处理包含2个报文：一个来自主节点的请求，一个来自子节点的应答。每个子节点必须有唯一的地址（1到247），这样才能区别于其它节点被猪瘟独立的寻址。 在广
14、播模式，主节点向所有子节点以送请求。 对于主节点广播的请求没有应答返回，广播请求一般用于写命令。所有设备必须接受广播模式的写功能。地址0是专门用于表示广播数据的。本文以单播模式为例。图4-4 单播模式图4-5广播模式3、 CRC16校验 在RTU 模式包含一个对全部报文内容执行的，基于循环冗余校验 (CRC - Cyclical RedundancyChecking) 算法的错误检验域。CRC 域检验整个报文的内容。不管报文有无奇偶校验，均执行此检验。 CRC 包含由两个8 位字节组成的一个16 位值。 CRC 域作为报文的最后的域附加在报文之后。计算后，首先附加低字节，然后是高字节。CRC高字节为报文发送的最后一个子节。 附加在报文后面的CRC 的值由发送设备计算。接收设备在接收报文时重新计算CRC 的值，并将计算结果于实际接收到的CRC 值相比较。如果两个值不相等，则为错误。 CRC 的计算, 开始对一个16 位寄存器预装全1。然后将报文中的连续的8 位子节对其进行
