【三菱Q系列与汇川H3U Modbus TCP通信扩展秘诀】：多设备数据交互的实现


参考资源链接：[三菱Q系列与汇川H3u Modbus TCP通信配置指南](https://wenku.csdn.net/doc/6401ad02cce7214c316edf3a?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. Modbus TCP通信基础与原理

Modbus TCP通信协议自1979年诞生以来，以其简单、高效、开放和跨平台的特性，在工业自动化领域获得了广泛的应用。本章将探讨Modbus TCP的基本原理和通信机制，帮助读者深入理解其在工业通信中的作用。我们将从协议的基本架构讲起，逐步深入了解Modbus TCP的工作模式、帧结构以及数据交换流程。此外，我们还将介绍Modbus TCP在现代工业4.0环境下的应用前景以及面临的挑战。

## 1.1 Modbus TCP协议概述

Modbus TCP是Modbus协议的扩展版本，它是基于TCP/IP协议栈构建的，用于在以太网上进行数据通信。Modbus TCP协议提供了一个简单的命令响应机制，用于设备之间的数据读写。通信过程中，Modbus TCP可以保持设备间的透明互操作性，无论底层网络如何，应用程序都不需要关心数据如何从一个设备传输到另一个设备。

## 1.2 Modbus TCP通信模型

Modbus TCP使用客户端/服务器（主站/从站）模型进行数据交换。主站负责发起请求，而从站响应这些请求。在Modbus TCP中，服务器地址（即从站ID）由网络地址和TCP端口号共同定义。当一个客户端发送请求到从站，必须包含从站的IP地址和端口号。Modbus TCP使用特定的端口号65533进行通信，这是为了与其他基于TCP的应用程序区分。

## 1.3 Modbus TCP帧结构与交互流程

Modbus TCP帧结构包含了一个应用数据单元（ADU），其由Modbus协议数据单元（PDU）和两个附加的字节组成，这两个字节用于存放TCP/IP网络传输需要的源端和目标端口信息。Modbus PDU是实际的请求或响应数据，它又包括功能码和数据字段。通信过程通常涉及客户端发送一个请求，然后等待服务器的响应。如果从站能够正确处理请求，它将返回一个响应，否则，可能会返回一个异常响应。

+--------+---------------------+------------------+
|TCP/IP  |MBAP Header          |Modbus PDU        |
|Header  |(Modbus Application  |(Protocol Data    |
|        |Protocol Header)     |Unit)             |
+--------+---------------------+------------------+

掌握Modbus TCP的基础知识对于实施和优化工业自动化项目至关重要。随着工业互联网和工业4.0概念的推广，Modbus TCP作为关键通信技术之一，其重要性日益凸显。下一章将详细讨论如何在特定PLC平台上应用Modbus TCP协议，例如三菱Q系列和汇川H3U PLC。

# 2. 三菱Q系列PLC Modbus TCP设置与应用

### 2.1 三菱Q系列PLC的Modbus TCP配置

#### 2.1.1 PLC网络参数的设定
在使用三菱Q系列PLC进行Modbus TCP通信之前，首先需要对其网络参数进行正确的设定。网络参数包括IP地址、子网掩码、网关以及Modbus TCP端口号等。正确的网络设置是确保通信稳定性和可靠性的基础。设定步骤如下：

1. 通过GX Developer或GX Works2编程软件进入PLC的网络配置界面。
2. 在网络配置界面中，选择对应的以太网端口，通常标识为“Ethernet”或“NET”。
3. 设定PLC的IP地址，例如192.168.1.10。
4. 设定子网掩码，例如255.255.255.0。
5. 如需要通信跨越不同的网络，需设定默认网关的IP地址。
6. 最后设定Modbus TCP端口号，标准端口号为502，也可以根据实际需求修改。

**代码示例：**

# Network parameter configuration for Mitsubishi Q-Series PLC

# Setting IP address for Ethernet port
IP_ADDRESS = "192.168.1.10"
# Setting subnet mask
SUBNET_MASK = "255.255.255.0"
# Setting default gateway
DEFAULT_GATEWAY = "192.168.1.1"
# Setting Modbus TCP port number
MODBUS_PORT = 502

# This configuration is usually done through the PLC's programming software and requires to be saved in the PLC's non-volatile memory.

#### 2.1.2 Modbus通信模式的激活和配置
激活和配置Modbus通信模式是实现PLC与其他Modbus兼容设备通信的关键步骤。以下是激活通信模式的步骤：

1. 在编程软件中，找到用于Modbus通信的端口，并启用其Modbus TCP服务器功能。
2. 设置Modbus TCP地址，通常默认为1。
3. 配置Modbus功能码，确定PLC在通信过程中允许使用哪些功能码进行数据读写。

**逻辑分析和参数说明：**
激活Modbus通信模式后，PLC将按照设定的参数等待来自其他设备的连接请求。PLC的Modbus地址需要与通信设备的地址匹配，否则设备无法正确识别对方。功能码配置通常涉及读写请求，如03功能码用于读取保持寄存器，06功能码用于写单个寄存器。根据实际应用场景，需要选择合适的功能码以满足数据交换的需求。

**代码示例：**

# Activating Modbus TCP communication on a Mitsubishi Q-Series PLC

# Activating Modbus TCP server for a specific port
PORT_NUMBER = 1
MODBUS_SERVER_ENABLED = True

# Setting Modbus TCP address for the PLC
MODBUS_ADDRESS = 1

# Configuring Modbus function codes allowed for communication
ALLOWED_FUNCTION_CODES = [03, 06]  # Read holding registers and write single register

# These settings need to be correctly configured in the PLC's communication module and are essential for successful data exchange with other Modbus devices.

### 2.2 数据交换的实现方法

#### 2.2.1 从站和主站角色的配置
在Modbus网络中，存在两种角色：主站（Master）和从站（Slave）。主站通常发出请求，并期待从站响应。而从站则等待主站的请求并作出响应。三菱Q系列PLC可以设置为从站角色，接收主站的请求并提供数据。配置步骤如下：

1. 在PLC的Modbus通信模块中，设置PLC为从站模式。
2. 设定从站地址，确保与主站设备中设置的地址相匹配。
3. 根据主站请求的数据类型和数量，配置相应的数据寄存器地址映射表。

**逻辑分析和参数说明：**
在Modbus网络中，每个从站都有一个唯一的地址用于识别。这个地址在数据请求和响应中起着关键作用。如果从站地址设置不正确，主站将无法与其通信。地址映射表的配置同样重要，它确保了主站请求的数据能够准确无误地映射到PLC内部的寄存器中。

**代码示例：**

# Setting up a Mitsubishi Q-Series PLC as Modbus TCP slave

# Setting slave mode configuration
SLAVE_MODE = True
# Setting Modbus slave address
SLAVE_ADDRESS = 1

# Configuring data register address mapping for requests
REGISTER_MAPPING = {
    "holding_registers": {
        "address_start": 40001,
        "address_end": 41000
    },
    "input_registers": {
        "address_start": 30001,
        "address_end": 30100
    }
}
# The above code example sets up address mapping for holding registers and input registers, which is essential for the slave PLC to correctly respond to master requests.

#### 2.2.2 数据寄存器的映射和读写操作
数据寄存器的映射关系到数据能否被正确读取或写入。在三菱PLC中，需确保映射的寄存器地址是正确的，并且与请求数据格式相匹配。读写操