【FX3S PLC的MODBUS网络攻略】：从连接到数据交换


参考资源链接：[FX3S·FX3G·FX3GC·FX3U·FX3UC 用户手册 MODBUS通信篇.pdf](https://wenku.csdn.net/doc/646186fa543f844488933e8f?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. MODBUS协议基础与FX3S PLC概述

## 1.1 MODBUS协议简介

MODBUS协议是一种广泛使用的串行通信协议，在工业自动化领域扮演着重要角色。它主要用于PLC（可编程逻辑控制器）与其他设备间的通讯。因其简单、开放和标准化的特点，MODBUS成为了工业通讯的事实标准之一。MODBUS协议支持多种物理层，包括RS-232、RS-485、以太网等，且具有多种工作模式和丰富的数据类型。

## 1.2 FX3S PLC概述

FX3S PLC是三菱电机推出的一款小型PLC，具备强大的控制功能和高可靠性。它支持多种通讯协议，其中就包括MODBUS。FX3S PLC提供了灵活的通讯接口，可以通过内置的RS-485端口与MODBUS设备进行通讯。在与MODBUS网络的整合过程中，FX3S PLC允许用户根据实际需求进行各种参数的设置，以实现稳定可靠的数据交换。

## 1.3 MODBUS协议与FX3S PLC结合的优势

结合MODBUS协议和FX3S PLC，用户能够搭建一个高性能的控制系统。这种组合不仅能够实现PLC和各种智能设备之间的稳定通讯，而且能够提供高级的数据处理和设备管理功能。此外，MODBUS协议的开放性使得系统扩展和维护更为便利，能够快速适应工业自动化的多变需求。

# 2. MODBUS网络搭建与连接

### 2.1 MODBUS协议的架构和角色

#### 2.1.1 MODBUS协议的工作模式

MODBUS协议有两种主要的工作模式：ASCII和RTU。ASCII模式使用可读字符进行通信，适合长距离传输和不太严格的实时性要求。而RTU模式使用二进制编码，能够提高传输效率，并减少通信错误率，适合对实时性要求较高的场景。每种模式下，都有其独特的帧结构和校验方法，确保数据传输的准确性和完整性。

ASCII模式下，数据以ASCII字符发送，并在每16进制字符间使用空格进行分隔。例如，十六进制数`03 05 00 04 00 01 44 2C`会以`30 33 20 30 35 20 30 30 20 30 34 20 30 30 20 30 31 20 34 34 20 32 3C`的形式发送。

RTU模式使用二进制数据流，并以连续的帧进行通信。帧开始于设备地址，接着是功能码，然后是数据字节，最后是错误检测码（CRC校验）。例如，相同的十六进制数`03 05 00 04 00 01 44 2C`在RTU模式下会转换为一系列二进制位进行发送。

#### 2.1.2 MODBUS协议的帧结构和地址空间

MODBUS帧结构是为确保数据能够准确无误地在网络中传输设计的。每个帧都包含设备地址、功能码、数据字段和一个错误检测码。设备地址用于指定通信中的从设备，功能码定义了请求的类型，数据字段包含了请求或响应的具体信息，而错误检测码（如CRC）用于帧的完整性检查。

地址空间定义了每个设备的内存映射，从0x0000到0xFFFF，被细分为线圈、离散输入、输入寄存器和保持寄存器等区域。每个区域有特定的地址范围和功能，例如输入寄存器从0x0000到0x007F，用于存储传感器数据等。

### 2.2 FX3S PLC的硬件接口与配置

#### 2.2.1 PLC的通信接口分析

FX3S PLC提供了多种通信接口，包括RS-232C、RS-422/485和以太网接口。RS-232C接口适合短距离通信和较慢的传输速率，而RS-422/485接口能够支持更长距离的通信，并且具有更好的抗干扰性。以太网接口则支持高速的MODBUS TCP/IP通信。

在选择合适的通信接口时，需要考虑控制网络的拓扑结构、数据传输速率、通信距离和环境干扰等因素。例如，在需要高速数据传输或远距离通信的场合，推荐使用RS-422/485或以太网接口。

#### 2.2.2 PLC网络参数的设置与调试

在连接MODBUS网络之前，需要对PLC进行适当的网络参数设置。这通常包括设定通信端口的速率、数据位、停止位和校验方式等。在FX3S PLC中，这些参数可以在其配置软件中进行设置。

调试时，可以利用PLC的配置工具发送MODBUS请求，检查从设备的响应是否正确。在设置通信参数时，确保主从设备的参数一致，如波特率和校验方式等，以保证网络通信的稳定性。

### 2.3 网络连接的实现步骤

#### 2.3.1 硬件连接的搭建流程

硬件连接搭建流程包括将PLC的通信接口通过串口线或网络线连接到其他设备，如HMI、其他PLC或计算机。在串行连接中，确保线序正确，且连接可靠。以太网连接需要使用适当的网络设备，如交换机或路由器。

对于RS-422/485网络，可能需要安装终端电阻以减少信号反射。连接完成后，检查所有连接点确保没有松动或短路，这将有助于避免通信错误和设备损坏。

#### 2.3.2 软件配置与网络通信测试

在硬件连接无误后，接下来是软件配置阶段。这包括设置PLC的网络参数和配置MODBUS参数。在软件工具如GX Works2中，可以进行这些设置，并将配置下载到PLC。

网络通信测试则涉及到发送MODBUS请求，如读取寄存器的操作，并观察响应数据是否正确。如果通信失败，可以使用调试工具检查通信链路上的数据包，分析错误原因，并根据需要调整网络参数。

// 示例代码：MODBUS TCP/IP网络通信测试
// 使用Python的pymodbus库进行MODBUS TCP/IP读取操作
from pymodbus.client.sync import ModbusTcpClient as ModbusClient

# 创建Modbus TCP客户端实例
client = ModbusClient('192.168.0.10', port=502)

# 尝试连接
client.connect()

# 尝试读取保持寄存器(功能码03)，从地址0x0000开始，读取2个寄存器
result = client.read_holding_registers(0x0000, 2)

# 检查结果是否有效，并打印寄存器值
if not result.isError():
    print(result.registers)
else:
    print("Error reading register.")

# 关闭连接
client.close()

在上述Python代码中，我们首先导入了`ModbusTcpClient`类。然后创建了一个客户端实例，并使用`connect`方法尝试连接到指定的服务器地址。使用`read_holding_registers`方法读取从地址0x0000开始的两个保持寄存器的数据，并通过检查返回结果`result`来确认操作是否成功。最后，我们关闭了与服务器的连接。代码中还包含了对错误处理的注释说明，以确保代码的健壮性。

通过本节的介绍，我们详细了解了MODBUS协议的架构和角色，以及如何在FX3S PLC上进行硬件接口配置和网络参数设置。此外，还探讨了硬件连接搭建流程和网络通信测试的实际操作步骤。在下一节中，我们将深入MODBUS数据交换机制，解析数据交换的理论基础和FX3S PLC的数据处理细节。

# 3. MODBUS数据交换机制

## 3.1 数据交换的理论基础

### 3.1.1 MODBUS的数据类型和格式

MODBUS协议支持多种数据类型，包括但不限于数字量输入/输出、模拟量输入/