MCGS触摸屏与PLC通讯：配置Modbus地址与串口参数的实战案例（实战演练）


参考资源链接：[MCGS触摸屏：Modbus通讯地址与串口参数配置教程](https://wenku.csdn.net/doc/4z4zk1iqkv?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. MCGS触摸屏与PLC通讯概述

在自动化控制系统中，MCGS触摸屏与PLC（可编程逻辑控制器）的通信是实现人机界面交互和设备控制的重要环节。理解二者之间的通信机制对于设计和维护自动化系统至关重要。

## 1.1 通讯的目的与重要性
通信的目的在于将MCGS触摸屏作为界面，为用户提供实时监控和控制PLC的方式。通过这种方式，操作员可以直观地获取现场设备状态，执行控制命令，实现生产过程的动态调整和优化。

## 1.2 MCGS触摸屏与PLC通讯的基本要素
通讯设置需要包括正确的硬件连接，如RS232、RS485或以太网通讯端口的选择，以及软件层面的协议匹配、参数配置等。每个要素都是确保通讯顺利进行的关键。

## 1.3 选择合适的通信协议
选择合适的通信协议是实现有效通讯的前提。例如，Modbus协议以其简洁高效、易于实现、广泛支持等特点，成为MCGS触摸屏与PLC通讯的常用协议。在下一章节中，我们将详细探讨Modbus协议的基础与应用。

# 2. Modbus协议基础与应用

### 2.1 Modbus协议原理分析

#### 2.1.1 Modbus的帧结构和功能码

Modbus协议是一种应用层协议，广泛应用于工业设备间通信，其核心在于主机和从机之间的请求/响应模型。一个典型的Modbus请求帧结构包括设备地址、功能码、数据区和校验码。

- **设备地址**：在Modbus帧中，设备地址位于帧起始，用于标识从机设备。在一个Modbus网络中，主机通过指定从机的地址来选择特定的设备进行通信。
- **功能码**：功能码位于设备地址之后，表明将要执行的动作类型，如读取寄存器、写入寄存器、获取从机状态等。不同的功能码对应不同的操作和数据格式。

- **数据区**：该区域包含与请求操作相关的数据信息。例如，在读取寄存器的功能码中，数据区会包含起始地址和寄存器数量。

- **校验码**：通常使用循环冗余校验（CRC）作为帧的校验码，用于错误检测。

下面是一个Modbus RTU请求帧的示例：

地址 功能码 数据区 校验码

#### 2.1.2 Modbus数据格式和校验方式

Modbus数据格式可以是RTU（Remote Terminal Unit）模式或ASCII模式。RTU模式使用二进制编码，效率较高；ASCII模式使用可读的ASCII字符，适用于某些通信协议限制较严格的环境。

- **RTU模式**：RTU模式下，数据区以二进制形式存在，通信数据紧凑，效率高，适用于高速或远距离传输。每个字节由2个十六进制字符表示。

- **ASCII模式**：ASCII模式下，数据以ASCII字符形式传输，每个字节由两个可打印的ASCII字符表示，容易调试，但效率相对较低。

- **校验方式**：Modbus RTU使用CRC校验，而ASCII模式使用LRC（Longitudinal Redundancy Check）校验。CRC校验是基于多项式计算，可以检测出数据中绝大多数错误。

**CRC校验示例代码**：

// 示例代码，展示如何计算CRC校验码
uint16_t CRC16(uint8_t *buffer, uint16_t buffer_length) {
    uint16_t crc = 0xFFFF; // 初始值
    for (uint16_t pos = 0; pos < buffer_length; pos++) {
        crc ^= (uint16_t)buffer[pos]; // XOR byte into least sig. byte of crc

        for (int i = 8; i != 0; i--) { // Loop over each bit
            if ((crc & 0x0001) != 0) { // If the LSB is set
                crc >>= 1; // Shift right and XOR 0xA001
                crc ^= 0xA001;
            }
            else                    // Else LSB is not set
                crc >>= 1; // Just shift right
        }
    }
    // Note, this number has low and high bytes swapped, so use it accordingly (or swap bytes)
    return crc;
}

### 2.2 Modbus协议在MCGS与PLC中的应用

#### 2.2.1 Modbus RTU与ASCII模式的选择

在MCGS触摸屏与PLC通讯时，选择合适的Modbus通信模式是关键。RTU模式因其高效性，在多数情况下为首选，特别是在对响应时间有要求的应用场合。

- **RTU模式**：使用二进制格式，减少了数据包大小，提高了通信效率，适合高速或远距离的通信环境。
- **ASCII模式**：对于某些老旧系统或者特定的通信介质，可能需要使用ASCII模式。由于ASCII模式使用可读的字符，调试和诊断问题时相对方便。

#### 2.2.2 设备地址分配与数据交换流程

在Modbus网络中，每个设备都有一个唯一的地址。主机通过指定从机的地址来选择与之通信。设备地址从1到247是有效的，地址0保留为主机广播地址。

- **地址分配**：MCGS触摸屏作为主机时，需要为PLC设备分配一个唯一的地址。务必确保网络中没有任何地址冲突。

- **数据交换流程**：数据交换的基本流程是主机发送请求帧，从机接收请求并返回响应帧。请求帧包括设备地址和功能码，响应帧则包括请求的数据信息以及可能的错误码。

**数据交换流程图**：

graph LR
    A[主机] -->|请求帧| B[从机]
    B -->|响应帧| A

### 2.3 Modbus网络配置最佳实践

在配置Modbus网络时，需要考虑几个关键点，以确保通讯的稳定性和高效性。

- **网络拓扑结构**：理想情况下，Modbus网络应该尽量保持扁平，减少中继器的使用，避免造成网络延迟和数据拥堵。

- **地址规划**：合理规划设备地址，避免地址重叠或空白区域，便于未来的设备添加和维护。

- **通讯速率和超时设置**：正确设置通讯速率和超时值，以适应网络条件和设备特性，防止通讯失败。

**通讯参数配置表格**：

| 设备名称 | 设备地址 | 通讯速率 | 数据位 | 停止位 | 校验方式 |
| --------- | -------- | -----