案例研究深度解析：三菱Q系列PLC与MODBUS设备数据交换实战技巧


参考资源链接：[三菱Q01使用QJ71C24N MODBUS RTU通信实例详解](https://wenku.csdn.net/doc/6412b4dfbe7fbd1778d411fb?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. 三菱Q系列PLC与MODBUS设备数据交换概述

本章作为文章的开场章节，将为读者提供三菱Q系列PLC与MODBUS设备间数据交换的概览。首先，我们会简要介绍三菱Q系列PLC的强大功能以及MODBUS协议在自动化控制领域中的重要地位。随后，我们着重讨论两者间数据交换的重要性以及在工业自动化中如何实现。通过本章，读者将对PLC与MODBUS设备之间的通信有一个初步的认识，为后续章节深入技术细节打下基础。

- **三菱Q系列PLC**：以Q系列PLC为例，它是一个广泛应用于工业自动化领域的高性能可编程逻辑控制器，支持多种通信协议，特别适合于复杂的工业自动化项目。
- **MODBUS协议**：是工业领域中常用的通信协议之一，通过其可实现不同设备间的通信和数据交换。它具有开放性好、易于集成等特点，被广泛应用于PLC、HMI、SCADA系统等。

紧接着第二章，我们将深入探讨MODBUS协议的基础知识与数据格式，为理解后续章节中的具体技术细节铺平道路。

# 2. MODBUS协议基础与数据格式

## 2.1 MODBUS协议简介

### 2.1.1 MODBUS协议的起源与应用
MODBUS协议诞生于1979年，由Modicon公司开发，用于连接可编程逻辑控制器（PLC）和其他工业设备。MODBUS是一种请求/响应协议，它基于主从架构，广泛应用于工业自动化领域。

从其诞生到现在，MODBUS协议已经成为工业通信协议的事实上的标准之一。它被多种品牌和类型的设备支持，并且适用于多种通信介质，包括RS-232、RS-485、TCP/IP等。在工业自动化、能源管理、楼宇自动化等领域，MODBUS协议被用来实现设备间的通信，实现数据的读取和控制命令的发送。

### 2.1.2 MODBUS协议的特点与优势
MODBUS协议的主要特点在于其简单性、开放性、跨平台和兼容性。由于其简单，使得其在网络设备上的实现和维护成本较低。MODBUS是一种开放的协议，无需支付许可费用，任何制造商都可以使用它而不受专利限制。

MODBUS协议的另一个重要优势是它的跨平台性。它支持多种数据格式和通信介质，允许不同厂商生产的设备能够互相通信。这种协议的兼容性为用户提供了极大的灵活性，使其能够在未来对自动化系统进行扩展或升级。

## 2.2 MODBUS数据交换模式

### 2.2.1 主从架构的工作原理
MODBUS协议基于主从架构，包含一个主设备（Master）和多个从设备（Slave）。主设备发出请求，从设备响应请求。主设备控制通信的时机和数据的流向。在主设备与从设备进行数据交换时，主设备首先发出一个请求帧，从设备接收到请求帧后，分析请求的合法性。如果请求合法，从设备则执行相应的操作，并返回一个响应帧给主设备。

主从架构简化了网络上设备间的通信流程，降低了网络冲突的可能性，并且使得数据交换过程中的数据同步和错误控制更加容易管理。

### 2.2.2 串行通信与TCP/IP通信的区别
MODBUS协议支持串行通信和基于TCP/IP的网络通信两种主要方式。串行通信是通过RS-232、RS-485等串行端口进行的，通常用于点对点通信，适用于距离较短的情况。串行通信简单可靠，成本低，但数据传输速率相对较低。

而基于TCP/IP的MODBUS通信方式允许设备通过局域网甚至互联网进行通信，从而实现更远距离的通信，具有更高的数据传输速率和更好的扩展性。TCP/IP通信更加复杂，需要对网络参数进行配置，如IP地址、端口号等。

## 2.3 MODBUS数据单元解析

### 2.3.1 功能码的作用与分类
MODBUS协议中的数据单元包括地址、功能码、数据和校验码等部分。功能码（Function Code）是数据单元中的关键部分，它指示从设备需要执行的操作类型，如读取寄存器、写入寄存器、读取保持寄存器等。功能码的使用使得主设备能够精确控制从设备的行为。

功能码分为公共功能码和扩展功能码两大类。公共功能码适用于所有支持MODBUS协议的设备，而扩展功能码允许厂商根据特殊需求自行定义功能码。

### 2.3.2 数据格式与编址规则
MODBUS协议中的数据格式主要分为两种：ASCII模式和RTU模式。ASCII模式以字符形式发送数据，而RTU模式则以二进制形式发送数据。RTU模式因为传输效率更高，被更广泛地使用。

在MODBUS协议中，数据的编址规则遵循特定的结构。例如，在使用RTU模式时，数据地址通常以两个字节表示，前一个字节为设备地址，后一个字节为寄存器编号。这种编址规则保证了数据在设备间传输的准确性和一致性。

| 地址 | 功能码 | 数据长度 | 数据 | CRC校验 |

在上述数据单元结构中，地址字段指示了从设备的地址；功能码字段指示了要执行的操作；数据长度指示了随后数据字段的长度；数据字段包含了实际的数据内容；最后的CRC校验用于错误检测。

表格展示了功能码和对应操作的例子：

| 功能码 | 操作 | 描述 |
|-------|-----------------|-------------------------------------------|
| 01 | 读线圈状态 | 读取输出线圈的状态 |
| 03 | 读保持寄存器 | 读取一个或多个保持寄存器的当前值 |
| 05 | 写单个线圈 | 将输出线圈设置为ON或OFF状态 |
| 16 | 写多个寄存器 | 将多个保持寄存器设置为给定的值