兼容性挑战克服：三菱Q系列PLC与非标准MODBUS设备通信策略


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. PLC与MODBUS通信概述

PLC（可编程逻辑控制器）与MODBUS通信协议的结合，为工业自动化领域提供了一个强大的组合，以实现设备间高效可靠的数据交换。MODBUS协议作为一种开放的串行通信标准，广泛应用于各种工业自动化系统中，因其简洁、易于实现而受到青睐。本章首先介绍PLC的基本概念及其在自动化中的作用，然后概述MODBUS协议及其在PLC中的应用。

## 1.1 PLC在工业自动化中的作用

PLC作为自动化控制系统的核心，能够根据用户程序执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数等操作，广泛应用于生产过程的控制。它能接受各种类型的传感器和执行器的输入信号，并输出相应的控制信号，从而实现对机械设备的精确控制。

## 1.2 MODBUS协议介绍

MODBUS协议是由Modicon公司于1979年开发的一种应用于电子控制器的通信协议。其核心优势在于它能够支持多种数据格式，且具有强大的错误检测和纠正能力。MODBUS协议支持多种物理层标准，例如RS-232、RS-485、以太网等。

## 1.3 PLC与MODBUS通信的兼容性

尽管MODBUS协议在多种PLC平台上得到了实现，但不同制造商的PLC设备对MODBUS的支持程度可能存在差异。兼容性问题主要集中在协议的实现细节和数据交换格式上。因此，在PLC与MODBUS设备进行通信之前，必须确保双方遵循相同的通信规范和数据格式。

接下来的章节将深入探讨如何在三菱Q系列PLC中配置通信接口，以及MODBUS协议的具体工作模式和功能码，为实现更加复杂和高效的工业通信打下基础。

# 2. 三菱Q系列PLC的通信基础

### 2.1 PLC通信接口与网络配置

#### 2.1.1 Q系列PLC通信接口概述

三菱Q系列PLC提供了丰富的通信接口，包括内置的以太网接口和选件的串行通信接口。这使得Q系列PLC能够灵活地连接到多种设备和网络。内置以太网接口支持标准的TCP/IP协议，可以连接到办公网络或工厂自动化网络中。串行通信接口则支持RS-232C、RS-422A/B以及RS-485等标准，适用于现场设备的直接通信。

在进行PLC通信前，了解这些接口的特性对于正确配置网络是十分必要的。例如，通过以太网接口，可以使用MODBUS TCP协议与网络中的其他设备进行通信。而通过串行接口，则可能需要使用MODBUS RTU协议。

graph LR
    A[PLC设备] -->|以太网接口| B[办公网络/工厂自动化网络]
    A -->|串行通信接口| C[现场设备]

#### 2.1.2 网络配置步骤和注意事项

进行PLC网络配置时，要遵循一系列标准化步骤，并注意细节，以免造成通信失败。

1. **以太网配置：**
- 确定PLC以太网IP地址，子网掩码，以及网关地址。
- 启用相应的通信协议，如MODBUS TCP或SNMP等。
- 在PLC编程软件中设置参数，确保网络配置正确无误。

2. **串行通信配置：**
- 设置串行端口的波特率，数据位，停止位以及校验方式。
- 配置PLC的MODBUS地址，确保每个设备在同一个网络中是唯一的。
- 在设备间建立物理连接，例如通过RS-485，确保正确的线路连接和终端电阻匹配。

3. **注意事项：**
- 在修改网络配置后，需要重新启动PLC。
- 避免使用在网络中已占用的IP地址。
- 确保通信线路没有损坏，并检查连接的稳定性和可靠性。
- 避免在网络中出现环路，以防止数据包的重复转发和网络风暴。

### 2.2 MODBUS协议简介

#### 2.2.1 MODBUS协议框架和工作模式

MODBUS协议是一种应用层的通信协议，它定义了控制器之间或控制器与设备之间的通信方式。它支持多种通信模式，但主要分为MODBUS RTU和MODBUS TCP两种。

- **MODBUS RTU：** 是基于二进制编码的模式，能够进行高效的数据传输。它通常用于串行通信。
- **MODBUS TCP：** 是基于以太网的模式，易于集成到现有的企业网络中。它将MODBUS消息封装在TCP/IP协议中进行传输。

flowchart LR
    subgraph MODBUS TCP
        A[客户端请求] -->|TCP/IP封装| B[数据包]
        B -->|网络传输| C[服务器处理]
    end
    subgraph MODBUS RTU
        D[客户端请求] -->|二进制编码| E[串行线]
        E -->|物理传输| F[设备接收]
    end

#### 2.2.2 MODBUS协议数据格式和功能码

MODBUS协议规定了一种数据格式，其中包括设备地址、功能码、数据区和错误检测码。功能码用于指示请求或响应消息的类型，如读取线圈状态、读取保持寄存器、写入单个线圈、写入单个寄存器等。

例如，要读取保持寄存器，功能码为0x03。请求消息中包括设备地址、功能码、起始地址、寄存器数量，以及一个校验码。响应消息中包含设备地址、功能码、字节计数、数据内容和校验码。

请求消息:
设备地址 | 功能码 | 起始地址 | 寄存器数量 | 校验码

响应消息:
设备地址 | 功能码 | 字节计数 | 数据内容... | 校验码

在实施通信时，必须确保通信双方正确理解并遵循该协议的数据格式和功能码定义，以确保数据的准确性和一致性。

# 3. 非标准MODBUS设备的特性分析

## 3.1 非标准MODBUS设备定义和分类
### 3.1.1 设备特性的定义和范畴

在工业控制系统中，非标准MODBUS设备指的是那些不符合或仅部分符合MODBUS协议标准的设备。它们可能在通信接口、数据格式、功能码实现等方面有所差异，这使得这些设备的集成和通信复杂度增加。

非标准MODBUS设备通常由小型厂商生产，可能采用了一些特定的通信协议或功能扩展。这些设备在特定场景下表现良好，但在与标准PLC通信时，会面临兼容性问题。

### 3.1.2 常见非标准设备类型及其特征

- **定制化模块：** 一些特定的传感器和执行器内置了MODBUS通信功能，但其功能码和数据格式进行了厂商定制。
- **旧设备：** 早期的一些设备虽然采用MODBUS通信，但未遵循后来标准化的协议版本。
- **模块化设备：** 多个厂商可能生产的相似功能设备，但各自对MODBUS协议的实现有细微差别。
- **功能增强型设备：**