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骞 、 l 訇 似 基于Mo d b u s ／ T C P 协议台达P L C 与上位机 VB 软件之问的通信 The com m uni cat i on bas ed on Modbus ／ TCP pr ot ocol bet w een del t a PL C and l PC VB Pr ogr am 樊新乾 ，潘存海 F AN Xi n ． q i a n ． P AN Cu n h a i 天津科技大学 机械工程学院。天津 3 0 0 2 2 2 摘要在V B V i s u a l B a s i c 编程环境下 ，通过调用Wi n d o ws A P I 函数 ，设计了整合串口通信和 工业以太网通信的监控系统通信方案。并介绍了Mo d b u S 协议和M0 d b u s ／ T c P 协议及其通 信原理 ，提出了应用于工业现场设备监控的设计方案 ，实现了上位机对现场设备的实时监 控。提高了上位机监控程序的开发效率。实践证明 ，本监控系统性能稳定 ，能够满足本项 目监控系统的设计要求。 关键词工业控制系统；MO d b U S 协议；MO d b u s ／ T C P 协议；E t h e r n e t ；P L C；AP I函数 中图分类号T P 2 7 7 文献标识码A 文章编号 1 0 0 9 - 0 1 3 4 2 o l 2 1 0 下 一0 0 3 3 0 4 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 -0 1 3 4 ． 2 0 1 2 ． 1 O 下 ． 1 0 0 引言 在工 业控制 中，基 于 P L C控制 的工程在 上 ／ 下位机 通讯上 普遍 采用 R S - 2 3 2 ／ RS 一 4 8 5串 口或 者 E t h e me t 通 信模块 进行通 讯。串行通 信是 工业控 制领域应用最为广泛的通信方式，它的数据 和控 制信息是逐位地传送 出去 ，因此对于数据量较大 ， 通讯 距离较远，实 时性要 求高 的控制系统，很 难 满足通讯需要 J 。近年来 ，工业以太网得到了快速 发展 ，越 来越 多的受到工业控制用户的青睐 ，其 稳定性、准确性和 实时性 的特点，广泛应用于 电 力、水利、冶金 、化工、机 械和制造业 等控制 系 统 【 2 J 。由此产生 了人机界面及各种组态软件产品， 这 些产品的出现简化了对 P L C的控 制和操作 ，使 P L C的应用更加方便。但也有其 共 同的缺点 ，价 格 普遍 偏高和 可二次开 发性较 差 。基 于 V i s u a l B a s i c VB 平 台的上位机监控界面的设计 ，克服 了以上 缺 点，受到越 来越 多工业 用户 的关注 ] 。 然而利用 V i s u a l B a s i c VB自身 的串 口通信控件 与网络控件进行上位机监控程序的设计 ，由于控 件 的局限性 ，程 序开发难度较大。 由此 ，本 文通 过 深入研究 Wi n d o ws A P I函数 的结构，通过调 用 Wi n d o w s AP I 函数 ，设 计 出一 种可 同时 进行 串行 通信与 E t h e me t 通信的解决方案 ，大大提高了上位 机 监控软件的开发效率 ，打破 了串行通信控件 与 网络控件对编程人员的限制。使得程 序开发人 员 不用过多关注通信控件的属性设计 ，把 更多的精 力放到监控界面 的开发上来 。最后，本文 以台达 DVP E N0 l S L模 块为 E t h e me t 通 信载 体 ，以及工 控机 自带的 C O M 口为串行通信载体 ，设计了 P L C 与上位机 串行与 E t h e me t 整合通信的解决方案 ，为 工业现场用户提供更多的通信选择 方式 ，简化 了 上位机监控界面 的编制过程 ，提高 了工业通信的 可靠性与准确性 。 1 Mo d b u s 以及Mo d b u s ／ T CP 协议 Mo d b U S 是一种应用层报文传输协议，Mo d b U S 报 文 传输 服 务 提供 设 备 之 间 的客 户 机 ／ 服 务器 通 信 ，而这 些设 备联 接 在 一个 以太 网上 ，信 息 传 递 分 4类 报 文 Mo d b u s 请 求、Mo d b u s 证 实 、 Mo d b u s指 示 和 Mo d b u s响 应。Mo d b u s 请 求 是 服务 器在 网络上发 送用来 启动事务 处理 的报文 ； Mo d b u s 指示是客户机接收的请求报文 ； Mo d b u s 响 应是客户机发送的响应报文 ； Mo d b u s 证实是服务 r、 ＼ 请 求 指 示 Mo d b u s ／／1 Mo d b u s 服务器 客户机 证实 响应 、＼J 图1 Mo d b u s 报文类型 收稿日期2 0 1 2 0 6 -0 5 作者简介樊新乾 1 9 8 6 一，男，河北邢台人，硕士研究生，研究方向为机电装备集成及其自动化。 第3 4 卷第1 O 期2 0 1 2 1 0 下 【 3 3 】 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m I 訇 化 器接收的响应报文 。如图 1 所示。 Mo d b u s ／ T C P协议 是 Mo d b U S 家族中应用于 自 动控制装置上 的开放的通讯协议，用于实现不同 类型 的总线或 网络连接的设备之间的 c ／ s 客户机 ／ 服 务器 通 信，通过通用 的网络部件在 I n t r a n e t ／ I n t e r n e t 上传输。物理层 和数据链路层是标准的以 太网协议 ，网际层是标准 的 I P协议 ，传输层是标 准的 T C P协 议，应用层 嵌入 Mo d b u s 协议 。其 网 络结构如图 2所示。 Mo d b u s协议 应用层 j I Mo d b u s ／ T C P协议 j f T C P协议 传输层 j f I P协议 网络层 j } Et h e m e t 物理层 图2 Mo d b u s ／ T C P 协议网络结构模型 2 Wi n d o w s A P l 函数 AP I 函数 全称为 A p p l i c a t i o n P r o g r a m mi n g I n t e r f a c e 也称为应用程序编程接 口，Wi n d o ws A P I 顾名思义就是 Wi n d o ws 平台下的应用程序编程接 口。它是操作 系统预 留给应用程序的一个调 用接 口，应用程序可通过调用操作系统提供的相关 A P I 函数来使操作系统 使用应用程序 区执行一些命令 Win d o ws应用程序 Wi n d o ws A P I 函数 应用程序接 口 Wi n d o ws操作系统 底层 图3 Wi n d o ws 结构 1 3 4 ] 第3 4 卷第1 O 期2 0 1 2 1 0 下 动作 。 AP I 函数是构筑整个 Wi n d o ws 框架的基础。 在 AP I 函数下面是 Wi n d o ws操作系统核心 ，而它 的上面则是华丽的 Wi n d o ws系统的操作 界面和各 种应用程序。Wi n d o ws 系统结构如图 3所示。 V i s u a l B a s i c VB就是 Wi n d o ws 平 台上优秀 的可视化编程应用程序 ，其主要特点为操作简单 ， 界面友好 ，所 见即所得。提供了大量 的类库和控 件 这 些类 库或 控 件就 是 对 A P I函数 封 装 的 结 果 ， 例 如 MS C o mm Mi c r o s o ft C o mmu n i c a t i o n s C o n t r o 1 控 件 和 Wi n s o c k控 件，它们 替 代 了 A P I 函数。但是它们 的应用具有一定 的局限性 ，编程 人 员需要花很大精力来设计控件 的各个属性。因 此我们可以在 V i s u a l B a s i c V B中调用 自主开发 的 AP I 函数的集合 ，省略掉上位机监控程序 中通 信控件 的属性设计 ，简化成为简单地函数调用过 程 ，可大大提高程序开发效率 ，拓展更多的功能。 DMT 函 式库就是以 Wi n d o ws Wi n s o c k AP I WS A 为开发基 础 的 AP I 函数 的集 合。用来 开发支持以 Mo d b u s 格式连结的工业产品，开发者 可以通过汇入 函式库的方式来连结 串行 口及工业 E t h e me t 的通讯。D MT函式库提供标 准 C ／ C 动 态及静态连结方式 ，并支持 Mi c r o s o f t Vi s u a l C ／ V i s u a l B a s i c 、B o r l a n d C B u i l d e r 等软体开发环境。 其协议堆叠图如图 4所示。 DM T Li b r a r y W i n 3 2 S o c k e t c o mmu n i c a t i o n API 图4 协议堆叠 图 3 通讯模块以及P L C 主机 本 系 统 所 应 用 的 E t h e r n e t 通 信 模 块 为 台 达 D VP E N0 1 一 S L，P L C 主机为 DVP 3 2 E H L。 DV P E N0 1 - S L是 台达 系列 产 品 E t h e r n e t 通讯模 块 [ 7 ] ， 支 持 Mo d b u s ／ T C P通讯 协 议 ，可 使 用 图控 软 件或人机 界面，做远 程的监控 。D VP E N0 1 一 S L也 可 以作 为 Mo d b u s ／ T C P的 主端 ，可 发 送 Mo d b u s ／ T C P指令 ，控制周边设备。另外在 MDI ／ MDI X 自 动检测功能下 ，在选择 网络线时不需跳线。通过 D VP E N0 1 S L E t h e r n e t 通讯 模 块 ，可 实 现上 位 计 算机与 P L C主机的通信 。D而串口通信则可通过 DB 9转 8针 圆头 R S 一 2 3 2串 口线缆 直 接连 接 P L C 与上 位机。 由于篇幅所 限，DV P E N0 1 一 S L的具体 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 设置 以及 P L C主机 的程 序设计在 此就不再 赘述。 系统硬件连接方式如图 5所示 。 DVP ENO 1 DVP PL C PC l 薹 睡 l 目 ⋯ 圈 一 爨嚣‘ ．量 i 鲁 目 目吕 窖 、、 ⋯ j { 图5 硬件 连接示意图 4 监控程序的编写 我们通过 VB 6 ． 0 ，编写上位机监控程序人机交 互界 面。在 VB 6 ． 0中使用 DMT 2 ． 0函式 库，必须 首先汇入模块 mo d u l e ，步骤如下。 1 将 D M b a s 添加进项 目。 2 复制 DMT ． d l l 到项 目目录下。如图 6所示。 【 叠 暇墨墨翻 誓翟曩孵l 叠 翱 妻 雾 _ l l |l 0 ◆ 0 日 ． 怠； P r o j e c l l 但m p l e _ v b ． v b p 8⋯ 甓 想 F o 雌 - F o r ml 蹦唧l e - v b ．蜥 白⋯ 圆 Mo d t fl e 巷 ～ ． ■髓蕊啊圈睡曙舶 瓣 ⋯ 图6模 块 汇 入 在台达 P L C中 【 8 ] ，M1 0 7 2为特殊辅助寄存器 ， M1 0 7 2标志设置为 0 N，可使主程序为 R U N状态， 以下按照 DMT 2 ． 0函式库 使用步骤 ，并 以此为范 例 ，来说 明上位机 监控界面代 码的设计 。如 图 7 所示 。 Au t o ／ Ma n u开关 通讯 图7 寄存器动作示意图 以 Mo d b u s 功能码 0 x 0 5写 入单一线 圈 M1 0 7 2 为例 ，其 Mo d b u s 起 始位址 0 C3 0 ，设 定线 圈状态 为 F F 0 0 ，P L C主程 序为 R UN ，若设 定 0 0 0 0则为 S T OP 。程序编写过程如下 首先声明 WI N3 2 A P I 函数 P r i v a t e De c l a r e F u n c ti o n i n e t a d d r L i b” ws o c k 3 2 ． d l l ” B y V a l S As S t r i n g As L o n g 。 4 ． 1 M o d b u s串行通信过程 1 设定通信参数 Co mS t r i n g ”0 C3 0 F F 0 0 ”0 C 3 0为 地址 ， F F 0 0为传送数据 conn n u mC l n t Mi d C o mS t r i n g ， 4 ， L e n C o mS t r i n g 取得 串行 口号 ， C O M1 p a r i t yAs c B ” E ” 、 p a r i t y 1 As c B ” N” 、 com m _ t y pe 0 da t a l e n 4 2 开启串行通信 I f mo d e0Th e n 通讯类型 O 串行通信 请求数据长度 Ca l l Op e n Mo d b u s S e r i a l c o n n i l u m， 9 6 0 0 ， 7 ， p a ri ty , 1 ， mo d e 1 El s e Ca l l Op e n Mo d b u s S e r i a l c o n n nu m ， 960 0， 8， p a d t y 1 ， 1 ， mo d e1 3 数据存取 Mo d b u s 数据请求 Ca l l Re q u e s t Da t a c o mm_ t y p e ， c o n n h u m， s l a v_ a d d r , f u nc _c o d e ， s e n d b u f 0 ， d a t a l e n Mo d b u s 数据 回复 r l e n Re s p o n s e Da t a c o mm t ype ， co nn num ， s l a v _ a d d r _ r e t ， f u n c _ c o d e r e t ， r e c v b u f 0 Fo ri 0To r l e n ． 1 C a l l H E X t o AS C I r e c v b u f i ， AS C R e c v S t r i n gRe c v S t r i n g＆ C h r AS C O ＆ C h r AS C 1 Ne x ti 4 关闭通讯 C a l l C l o s e S e r i a l c o n n ．h u m 4 ． 2 Mo d b u s ， 1 - CP 通信过程 1 设定通信参数 conn _n u m O ； P L C站号 为 0 r e m o t e a d d r l i n e t _a d d r ” 1 9 2 ． 1 6 8 ． 0 ． 4 ” P E N0 1 一 S L的 I P地址设置为 1 9 2 ． 1 6 8 ． 0 ． 4 2 开启通信 Ca l l Op e n Mo d b u s T CPS o c k e t c o n n n u m， r e m o t e _a d d r 【 下转第4 5 页】 第3 4 卷第1 O 期2 0 1 2 1 0 下 [ 3 5 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 、I 泣 匐 化 2 至下而上的投入系统 ，可有利于过程知识 的积累，并可对专家知识库不断验证。 3 生产工艺人员尽早地 参与系统投运 ，尽早 地 做好现场 人员与维修 人员的培训 ，可使 系统 更 快地被使用者接受，同时也 有利于对开 发过程 中 出现的偏差进行纠正。 参考文献 l 1 ]Ul ri c h R e in B o l d ， C h r i t i a n B l u me ， R u e d i g e r D i l l ma m， 计算 机集成制造技术和系统【 M】 ， 北京 兵器工业出版社， 1 9 9 1 ． 【 2 】张 兵等， 时 间最 短控制 问题求解 的分 级优化策 略f J 1 ， 华 东理工大学学报， 2 0 0 7 0 2 V o 1 3 3 1 0 0 1 0 3 ． [ 3 】蔡 自兴， 智能控 制一 基 础与应用[ M】 ， 北 京 国防工业 出版 社， 1 9 9 8 ． [ 4 】朱晓青， 过程检 测控 制技术与 应用[ M】 ， 北京 冶金工 业 出版社， 2 0 0 2 ． [ 5 】蔡自兴， 智能控制[ MI ， 北京 电子工业出版社， 1 9 9 3 ． [ 6 】铅锌 冶金学编委会， 铅锌 冶金学[ M】 ， 科学 出版社， 2 0 0 3 ． 蠡I 岛‘ {岛● 蠡‘ 蠡‘ 岛‘ 如} 矗‘ 盘‘ 岛‘ {岛‘ 岛‘ 出 岛‘ 岛‘ 出‘ j岛I 矗} 重‘ 岛I 蠡● 矗● 岛‘ 岛I 【 上接第3 5 页】 3 数据存取 请求数据 C a l l R e q u e s t Da t a i d x ， c o n n n u m， s l a v _ a d d r _ s ， f u nc _ c o de _s ， s e n d b u f O ， 4 应答数据 I f R e a d S e l e c t c o n n _ n u m， 1 0 0 T h e n r l e nRe s p o n s e Da t a i d x ， c o n n n u m ， s l a v a d d r r , f un c _ c o d e _r , r e c v b u f 0 EndI f Fo ri 0To r l e n l Ca l l HE X t o AS CI r e c v b u f i ， AS C RecVSt r i ng RecVSt r i ng C h r AS C O C h r AS C 1 Ne x ti 4 关 闭通信 C a l l C l o s e S o c k e t c o n n _ _ n u m 5 监控界面简介 本监控 系统 主要包括通信模 式选择 ，P L C运 行 指示，x轴运 动监控 ，Y轴运动监 控，输入运 行监控 ，以及报错信息界面 ，能够 满足本项 目的 基本调试运行要求。程序运行界面如图 8所示 。 图8 监控程序 运行界面 6 结论 为 了对工业设备进行实时有效 的管理与监控 ， 完善 的兼容性 ，可靠 的稳定性 ，对恶劣环境 的适 应 性，强大 的冗余 能力和方便 的可管理 性，是人 们越来越多地在 Vi s u a l B a s i c V B平 台下开发上 位机 监控程 序的设计 的原因，而这也势必成 为本 文所述通信方案 在越来越 多的工业控制 网络环境 里大 显身手的重 要契机 。本方案 的提 出成功 的整 合 了串口通信与 E t h e r n e t 通信，使得上位机监控程 序 的开 发更为简单 和方便 ，程序 员从繁杂的通信 控件设计编程工 作中解放出来，也为工业现场实 现 冗余设计 以及 应急通信 方面提供 了安全可靠 的 方 案，应用前景 广泛。本文所述程序 已成功 应用 于 台达 P L C运动控制 系统的监控界面部分 中，实 验证明，该程序安全可靠 ，运行正常稳定。 参考文献 [ 1 】张辉， 李荣利， 王和平． V i s u a l B a s i c 串 口通信及编程实例 I MI ． 北京 化学工 业出版社， 2 0 1 1 ． 【 2 】关学进 ， 刘娟． 基 于Mo d b u s ／ T CP 工业 以太 网的 自动化控 制 系统 [ J ] ． 电子 测试， 2 0 1 l 4 4 - 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