三菱PLC与MODBUS TCP高效数据交换：构建你的通讯机制


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. 三菱PLC与MODBUS TCP基础

## 1.1 三菱PLC概述
三菱PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）是广泛应用于自动化控制领域的一款工业设备。它的强大计算能力和灵活的编程环境，使之成为现代工业自动化不可或缺的组成部分。在实际应用中，三菱PLC与各种通讯协议结合，实现设备间的高效数据交换和控制。

## 1.2 MODBUS TCP协议简介
MODBUS TCP是一种广泛应用于工业通讯领域的协议，它基于TCP/IP协议，具有标准化、高效、稳定等特点。它允许设备之间通过网络进行数据交换，广泛应用于PLC、传感器、执行器等工业设备中。

## 1.3 MODBUS TCP与三菱PLC的结合
三菱PLC支持MODBUS TCP协议，这使得它能够与各种支持MODBUS TCP协议的设备进行无缝连接。在实际应用中，通过设置三菱PLC的通讯参数，就可以实现与MODBUS TCP设备的数据交换，进一步提升工业自动化系统的效率和稳定性。

# 2. MODBUS TCP协议理论与应用

## 2.1 MODBUS TCP协议概述

### 2.1.1 MODBUS协议的起源与发展

MODBUS协议是一种在自动化工业领域广泛使用的通讯协议，它起源于1979年，由Modicon公司（现为施耐德电气的一部分）制定。最初的MODBUS协议是基于串行通信，用于连接可编程逻辑控制器（PLC）和其他设备。随着时间的推移和工业自动化的发展，MODBUS协议经历了多个版本的迭代，并逐渐演化出了MODBUS TCP，这是MODBUS协议的以太网版本。

MODBUS TCP在保留了传统MODBUS功能码和数据格式的基础上，将协议封装到了TCP/IP协议栈中，使得数据交换可以通过以太网进行，大大提高了传输速率和连接距离。这种转型顺应了工业控制网络的发展需求，特别是在对于远程监控和诊断支持方面的需求。

### 2.1.2 MODBUS TCP的特点与优势

MODBUS TCP协议之所以在自动化行业中得到广泛应用，主要得益于其以下几个特点和优势：

1. 开放性和标准化：作为开放标准的通讯协议，MODBUS TCP无需支付授权费用，并且其设计和实现细节被广泛公开，便于不同设备和系统之间的兼容和集成。
2. 简单性：MODBUS TCP协议结构简单，易于实现和维护。它使用功能码来区分不同的操作类型，并采用固定的报文格式，便于设备之间进行数据交换。

3. 可靠性：通过TCP/IP协议栈，MODBUS TCP在传输层提供了可靠的连接，确保数据传输的准确性和完整性。

4. 易于诊断：在MODBUS TCP报文中，包含了错误检查机制，如CRC校验，可用于检测数据在传输过程中的完整性。

## 2.2 MODBUS TCP帧结构与命令解析

### 2.2.1 数据交换的帧结构

MODBUS TCP协议的数据交换基于标准的TCP/IP协议。一个MODBUS TCP请求或响应消息由以下几个部分组成：

1. MODBUS TCP ADU（Application Data Unit）：应用数据单元，是整体消息的数据部分，它包括MODBUS PDU（Protocol Data Unit）和Unit Identifier。

2. MODBUS PDU：协议数据单元，用于承载MODBUS命令和数据。

3. 单元标识符：用于标识请求的从设备（如传感器、控制器等）。

4. 网络字节序：数据传输时的字节序，MODBUS TCP使用大端字节序。

5. TCP/IP帧结构：包括源和目的端口、序列号、确认应答号、数据偏移、保留位、控制位（URG, ACK, PSH, RST, SYN, FIN）、窗口大小、校验和和紧急指针。

MODBUS TCP的帧结构设计使得它能够很好地适配于以太网环境，同时保持与传统MODBUS协议的兼容。

### 2.2.2 常用功能码的应用场景

MODBUS TCP功能码定义了一系列命令，用于指示从设备执行具体的操作。以下是一些常用的功能码及其应用场景：

1. 功能码01（读线圈状态）：用于读取从设备中的线圈（如继电器）的状态。

2. 功能码02（读离散输入状态）：用于读取从设备中的离散输入（如开关量输入）的状态。

3. 功能码03（读保持寄存器）：用于读取从设备中的保持寄存器的值，保持寄存器用于存储数字或模拟量。

4. 功能码05（写单个线圈）：用于设置从设备中的单个线圈的状态。

5. 功能码06（写单个寄存器）：用于设置从设备中的单个保持寄存器的值。

6. 功能码15（写多个线圈）：用于设置从设备中的一组线圈的状态。

7. 功能码16（写多个寄存器）：用于设置从设备中的一组保持寄存器的值。

每种功能码都对应着特定的操作需求，使得用户可以根据实际应用需要选择合适的功能码来实现相应的控制和数据交换功能。

## 2.3 MODBUS TCP客户端与服务器模式

### 2.3.1 客户端模式下的请求与响应流程

在MODBUS TCP的客户端/服务器架构中，客户端发起请求，服务器端响应请求。以下是客户端模式下的请求与响应流程的详细步骤：

1. 客户端创建MODBUS TCP请求消息，将功能码、数据单元以及所需的其他参数封装在请求消息中。
2. 请求消息通过TCP/IP网络发送到服务器端。

3. 服务器端接收到请求消息后，进行解析并根据功能码执行相应的操作。

4. 服务器端准备响应消息，将操作结果或请求的数据封装到响应消息中。

5. 响应消息通过TCP/IP网络发送回客户端。

6. 客户端接收到响应消息，并进行解析和处理。

### 2.3.2 服务器模式下的数据监听与处理

在服务器模式下，服务器需要监听来自客户端的连接请求和数据包。以下是服务器端在监听和处理方面的关键步骤：

1. 服务器端启动并绑定到指定的TCP端口上，等待客户端的连接请求。

2. 一旦有新的客户端连接请求，服务器端接受连接，并与客户端建立TCP连接。

3. 服务器端进入数据监听状态，不断接收来自客户端的数据包。

4. 服务器端对接收到的每个MODBUS TCP请求进行解析，提取功能码和数据单元。

5. 根据解析结果，服务器端执行相应的操作，如读取或写入数据等。

6. 操作完成后，服务器端生成响应消息，并通过已建立的TCP连接发送给客户端。

7. 如果服务器端需要长时间维持与客户端的连接，它还需要实现断线重连机制，以处理网络异常导致的连接中断。

服务器端的这种数据监听和处理机制是确保数据交换顺畅的关键，它直接影响到系统的响应性和可靠性。

# 3. 三菱PLC通讯设置

在现代工业自动化系统中，PLC（可编程逻辑控制器）是核心组成部分之一。三菱PLC作为工业领域中常见的控制器，具有高性能和高可靠性的特点。为确保三菱PLC能高效、稳定地与外部设备进行数据交换，正确的通讯设置显得尤为重要。本章将详细介绍三菱PLC通讯设置的关键步骤和实现数据交换的方法。

## 3.1 PLC的通讯参数配置

### 3.1.1 网络接口的配置步骤

在三菱PLC中，网络接口的配置通常包括设置IP地址、子网掩码、网关等基本网络参数。以下是进行这些设置的基本步骤：

1. **启动GX Works2或GX Developer软件**：这是三菱PLC编程和配置的主要软件工具。
2. **打开项目并选择相应PLC型号**：确保选择与实际硬件相匹配的PLC型号。
3. **进入系统配置**：在软件中找到“系统配置”选项，进入网络配置界面。
4. **配置网络参数**：输入PLC的IP地址、子网掩码、网关等参数。确保网络设置与PLC所在的网络环境相匹配。
5. **保存并上传配置**：更改完成后，保存配置，并将设置上传到PLC中。
6. **测试网络连接**：完成配置后，使用ping命令测试PLC与网络