主从架构与通信规则：三菱PLC MODBUS TCP通讯的掌握之门


参考资源链接：[三菱Q系列PLC MODBUS TCP通讯配置指南](https://wenku.csdn.net/doc/38xacpyrs6?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. MODBUS TCP协议概述

## 1.1 MODBUS TCP的历史与发展
MODBUS TCP协议是一种在工业自动化领域广泛应用的网络通信协议，源于1979年推出的MODBUS RTU协议。随着时间的推移，为了满足网络通信的需求，MODBUS TCP应运而生。它的主要特点是简单、可靠、开放，支持跨网络通信。它不仅支持TCP/IP协议族，还支持UDP/IP，使其能够在各种网络环境中灵活运用。

## 1.2 MODBUS TCP协议的特性与优势
MODBUS TCP协议最大的特性是其简单易懂的协议结构，它主要通过TCP/IP网络进行数据通信，不需要额外的通信驱动。此外，MODBUS TCP协议还具有以下优势：跨平台性、高效率、低成本以及广泛的工业设备支持。正因如此，MODBUS TCP协议在工业自动化领域中的应用越来越广泛。

# 2. 三菱PLC通信基础

## 2.1 MODBUS TCP协议的工作原理

### 2.1.1 TCP/IP协议族与MODBUS的关系

MODBUS TCP是MODBUS协议在TCP/IP协议上的应用。TCP/IP协议族作为互联网通信的基础，提供了设备间相互传输数据的能力。MODBUS TCP建立在TCP/IP协议族之上的，利用了TCP/IP网络结构的稳定性和可靠性，使得MODBUS协议能够在局域网甚至互联网中传输数据。

TCP/IP提供了一种端到端的通信机制，这种机制保证了数据包的可靠传输。为了实现这一点，TCP/IP协议族包含了多个协议，例如IP协议负责路由和寻址，TCP协议负责建立连接、序列化数据包以及重新传输丢失的数据包。将MODBUS协议的请求和响应数据包封装在TCP/IP协议之上，就可以利用这些特性，使得MODBUS TCP具有了优秀的跨网络通信能力。

MODBUS TCP协议使用TCP端口502进行通信，这是因为该端口被国际标准组织认定为MODBUS协议的标准端口。当一个MODBUS TCP设备连接到网络时，它会监听此端口等待来自其他设备的请求。一旦通信建立，MODBUS TCP设备就会在该端口上交换数据。

### 2.1.2 MODBUS TCP帧结构详解

MODBUS TCP帧结构与MODBUS RTU帧结构有所不同，主要区别在于MODBUS TCP在数据前增加了TCP/IP封装的头部信息。MODBUS TCP帧结构包含以下几个部分：

- MBAP头部（MODBUS Application Protocol Header）
- 单元标识符（Unit Identifier）
- 功能码（Function Code）
- 数据（Data）

MBAP头部是一个可选部分，它不是必须的，但在很多情况下提供了额外的网络信息，例如事务标识符、协议标识符、长度和单元标识符。单元标识符用于区分同一网络上的不同设备。功能码指示了请求的具体类型，如读取寄存器、写入寄存器等。数据部分是与功能码相对应的数据，例如寄存器的起始地址和数量。

使用MODBUS TCP时，开发者需要了解如何构造这些帧结构，并能够正确地解析接收到的数据包。正确地构造和解析MODBUS TCP帧是实现可靠通信的关键。

## 2.2 三菱PLC网络配置与参数设置

### 2.2.1 PLC的网络接口配置

对于三菱PLC而言，网络接口配置是实现MODBUS TCP通信的基础。三菱PLC网络接口配置主要涉及以下几个步骤：

1. 选择合适的通信模块，因为不是所有的PLC都会内置有以太网接口。
2. 在PLC的配置软件中，如GX Works2或GX Works3，进行网络设置，指定PLC的IP地址、子网掩码以及默认网关。
3. 设置通信模块的通信参数，如端口号、通信速度、通信协议（在这里是MODBUS TCP）等。

正确配置网络接口是保证PLC可以正确参与网络通信的前提，没有正确的网络设置，PLC将无法与其他设备通信。

### 2.2.2 PLC通信参数的设定方法

通信参数的设定对于整个通信过程来说至关重要。在三菱PLC中，通信参数的设定方法如下：

1. 进入PLC的编程软件，并选择需要设置的PLC。
2. 通过菜单选项或快捷按钮，找到并打开网络通信参数设置部分。
3. 输入或选择MODBUS TCP的相关参数，如端口号（通常为502）、通信模式（TCP客户端或服务器）、连接超时时间等。
4. 应用设置并将其下载到PLC中。

一旦通信参数被设定，PLC就可以根据这些参数去建立和维护MODBUS TCP通信会话了。

## 2.3 MODBUS TCP通信模式

### 2.3.1 客户端与服务器模式

在MODBUS TCP协议中，通信双方分为客户端（Client）和服务器（Server）。这种模式也被称为请求/响应模式。客户端发送请求消息，服务器对请求进行响应。服务器模式的PLC等待并响应来自客户端的请求；而客户端模式的PLC负责发送请求，并处理来自服务器的响应。

每种模式的PLC都有其特定的用途：

- 客户端模式通常用于监控或读取数据，如人机界面（HMI）或历史数据管理系统。
- 服务器模式常用于设备数据的发布和共享，如PLC将实时数据通过MODBUS TCP提供给其他设备。

正确选择通信模式对于实现特定的通信策略至关重要。

### 2.3.2 广播通信与多播通信模式

MODBUS TCP协议除了传统的点对点通信模式外，还支持广播和多播通信模式。

- 广播模式允许一个PLC将消息发送给网络上的所有设备，但是通常没有设备会对此响应。
- 多播模式允许PLC将消息发送给一组特定的设备，这些设备都必须是预先配置好的多播组成员。

在三菱PLC中，广播通信适用于需要向网络上的所有设备广播消息的场景，如系统状态更新或紧急通知；多播通信适用于将数据发送给一组特定设备的场景，如控制多个远程站点的操作。

接下来的章节将会详细介绍如何在三菱PLC中实现MODBUS TCP通信，并通过实际代码示例来演示这一过程。

# 3. 三菱PLC MODBUS TCP实践应用

## 3.1 实现MODBUS TCP通信的步骤

### 3.1.1 编程前的准备工作

在三菱PLC中实现MODBUS TCP通信，首先需要确保硬件和软件环境满足相应的条件。硬件上，PLC需要具备网络接口，如以太网接口，以便连接至网络并与MODBUS服务器或客户端进行通信。软件上，需要确保PLC的固件支持MODBUS TCP协议，并且有适当的编程软件（如GX Works2或GX Developer）进行程序的编写和上传。