三菱PLC MODBUS TCP通讯高级案例：这些应用你不能错过


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. MODBUS TCP通讯基础

## 1.1 MODBUS TCP协议原理
MODBUS TCP是一种在TCP/IP网络上实现的协议，广泛用于工业控制系统中。MODBUS TCP扩展了经典的MODBUS协议，通过在以太网上传输MODBUS协议数据单元，使其适用于局域网和广域网环境。这种协议使用标准的TCP端口502进行通信，适用于发送请求、读取数据、写入数据等操作。

## 1.2 三菱PLC的通讯能力
三菱PLC，作为一种典型的工业控制系统硬件，具有内置的通讯接口和强大的通讯能力。它可以作为MODBUS TCP协议的从站或主站进行通讯。在实现MODBUS TCP通讯时，三菱PLC支持多主站和多从站结构，可以连接多个外部设备，如传感器和驱动器，实现复杂的数据交换和设备协调。

## 1.3 MODBUS TCP的应用优势
MODBUS TCP之所以广泛应用于工业自动化领域，是因为它具有许多优势。首先，它在开放标准上建立，无需额外的通讯适配器或转换器，降低了成本。其次，它支持快速、准确地传输大量数据，并具备良好的错误检测功能。此外，由于其简单和灵活的特点，使得MODBUS TCP在配置、安装和故障排除方面更加方便，对操作人员的要求也相对较低。

# 2. 三菱PLC与MODBUS TCP通讯协议的集成

### 2.1 通讯协议概述

#### 2.1.1 MODBUS TCP协议原理

MODBUS TCP通讯协议是工业自动化领域中广泛使用的一种应用层协议，它基于TCP/IP网络通讯协议。MODBUS TCP继承了MODBUS RTU的帧结构，在TCP/IP网络上提供了一个可靠的数据传输通道。在MODBUS TCP中，数据以消息的形式发送，每个消息包括功能码（指示执行什么操作）、数据等字段。

在MODBUS TCP通讯模型中，每个从设备都有一个唯一的设备地址，主机通过指定的设备地址来识别需要进行通讯的从设备。当一个主机发送请求到从设备时，从设备会处理这个请求，并根据功能码执行相应的操作，例如读取或写入寄存器。在从设备处理完请求后，它会将响应发回给主机。

MODBUS TCP协议能够在以太网上以广播方式发送信息，易于在标准网络架构中实施。由于其简单性、开放性和良好的错误检测机制，MODBUS TCP成为工业通讯的通用语言。

#### 2.1.2 三菱PLC的通讯能力

三菱PLC是工业自动化领域中广泛使用的控制器之一，其以稳定的性能和丰富的通讯能力著称。三菱PLC不仅支持传统的串行通讯（例如RS-232、RS-422/485），还支持多种工业网络通讯协议，其中包括MODBUS TCP协议。

在三菱PLC中，通过内置的网络通讯模块（如FX5U-ENET模块）或利用可编程逻辑控制器内置的以太网端口，可以实现MODBUS TCP通讯功能。这意味着三菱PLC可以很容易地与其他支持MODBUS TCP的设备进行通讯，如传感器、执行器、触摸屏和其他PLC等。

三菱PLC在集成MODBUS TCP通讯协议时，允许用户以非常灵活的方式读写数据。用户可以通过PLC的编程软件，如GX Works2或GX Works3，设置通讯参数，比如IP地址、端口号等，并在用户程序中调用相应的通讯指令来实现数据交换。

### 2.2 配置和启动MODBUS TCP通讯

#### 2.2.1 三菱PLC的硬件设置

为了启用三菱PLC上的MODBUS TCP通讯功能，首先需要确保PLC拥有以太网通讯能力。大多数中高端PLC系列，例如Q系列、FX系列等，都配备了以太网端口。

硬件设置的第一步是将PLC正确连接到网络中。这通常通过以太网线将PLC连接到网络交换机或路由器，并为PLC分配一个静态IP地址。该IP地址必须与网络内的其他设备地址在同一子网中，但不应与任何其他设备地址冲突。

接下来，需要在PLC上安装并配置通讯模块（如果需要）。对于某些型号的PLC，如FX5U，内置的通讯模块已经支持MODBUS TCP通讯。对于需要外置模块的情况，则要确保模块正确安装并连接到PLC的扩展端口上。

#### 2.2.2 软件配置步骤

在硬件设置完成后，接下来是软件配置。使用GX Works等编程软件进行软件配置，这包括设置MODBUS TCP通讯参数和编写用于处理MODBUS通讯的程序。

首先，打开GX Works并建立一个新项目或打开现有项目。然后进入“设备配置”，添加或选择一个支持MODBUS TCP通讯的PLC型号。在设备配置中，需要指定PLC的网络配置，包括IP地址、子网掩码和网关地址。

一旦网络参数配置完成，就需要编写处理MODBUS通讯的用户程序。这包括定义通讯处理任务、读写数据的映射以及异常处理。用户程序通常使用特定的通讯指令，如“MB通讯”指令系列，来实现MODBUS TCP的功能。

#### 2.2.3 通讯测试与故障排除

完成配置之后，进行通讯测试是非常重要的一步。测试旨在验证PLC与网络上其他设备之间的通讯是否成功，并确保数据可以正确传输。

在进行通讯测试时，可以编写一个简单的用户程序，让PLC尝试读取或写入一个预定义的MODBUS地址。如果测试成功，通常会在GX Works的通讯监视窗口看到数据正确传输的确认。

如果通讯测试失败，需要进行故障排除。故障排除的第一步是检查网络连接是否正确。接着检查PLC的通讯设置，比如IP地址和端口设置，确保与网络上其他设备的设置匹配。此外，查看PLC的诊断缓冲区可以获取错误代码，从而更准确地定位问题所在。

### 2.3 MODBUS TCP数据交换

#### 2.3.1 数据模型和地址映射

MODBUS TCP协议定义了一种数据模型，该模型主要包括线圈（Coils）、离散输入（Discrete Inputs）、保持寄存器（Holding Registers）和输入寄存器（Input Registers）四种数据类型。这四种数据类型在PLC的内存中被映射成不同的地址空间。

在三菱PLC中，MODBUS TCP通讯的地址映射遵循MODBUS标准的地址范围。例如，保持寄存器在MODBUS侧从地址40001开始，在PLC侧的地址映射则依赖于具体模块和设置。地址映射保证了数据交换的准确性。

#### 2.3.2 读写操作的实现

在三菱PLC中实现MODBUS TCP的读写操作，通常涉及到使用特定的指令集。三菱提供了MB指令集来支持MODBUS通讯，例如`MBRD`和`MBWR`分别用于读取和写入数据。

读写操作的实现首先需要定义好通讯参数，包括服务器地址（MODBUS从站ID）、数据地址、数据长度等。然后，PLC会按照指令执行通讯任务。例如，读操作会将数据从MODBUS从站读取到PLC的指定寄存器中；写操作则相反，将数据从PLC发送到MODBUS从站。

#### 2.3.3 异常处理和日志记录

为了保证数据交换的稳定性，异常处理和日志记录是必不可少的。在三菱PLC的MODBUS TCP通讯中，任何异常情况都需要被检测并妥善处理。

异常处理通常是在PLC的程序中实现的。当通讯发生错误时（例如，连接失败、数据超时等），PLC可以执行一个预定义的错误处理程序。这个错误处理程序可以被设计为记录错误信息、重试通讯操作或触发报警通知操作员。

日志记录是记录通讯活动和故障诊断信息的重要手段。在三菱PLC中，可以通过系统寄存器、事件记录功能或使用串口打印等方法来记录日志。这些日志信息对于后续的故障诊断和性能分析非常有用。

完成此章节内容后，将为读者提供一个从基础到高级应用的完整视角，涵盖从概念理解到实际操作的每一个环节。对于希望在工业自动化领域进行MODBUS TCP通讯集成的IT专家，这将是一个非常实用的指导。接下来，我们将探讨如何将MODBUS TCP通讯技术应用于更复杂的自动化场景中，并提供高级应用案例分析。

# 3. 高级应用案例分析

## 3.1 自动化生产线控制

### 3.1.1 系统架构设计

自动化生产线的系统架构是整个生产线自动化的核心，它不仅需要考虑到硬件设备之间的互联，还需要考虑到控制系统与硬件设备之间的通讯协议兼容性。在设计自动化生产线时，通常将系统划分为三层结构：感知层、控制层和执行层。

- **感知层**：主要由各种传感器和执行器构成，它们负责实时数据的采集和对控制指令的反馈。
- **控制层**：通常包括PLC、工业PC以及其它控制设备。它们接收感知层传来的数据，根据预设的逻辑进行处理，并发出相应的控制指令。
- **执行层**：则由各类机械装置和执行单元组成，它们根据控制层发出的指令执行动作，完成生产过程中的各项任务。

在集成MODBUS TCP协议的自动化生产线中，PLC作为控制层的核心设备，承担了数据处理和指令分发的主要角色。同时，它还能够将数据通过MODBUS TCP协议发送到远程监控系统中，实现对生产线的远程控制和监控。

### 3.1.2 控制逻辑的实现

控制逻辑是确保生产线正常运作的关键，它通过编程语言转换成计算机可理解的形式，使得PLC能够按照既定的逻辑运行。在三菱PLC中，常用的编程语言包括梯形图、指令表、顺序功能图等。

梯形图（Ladder Diagram）是一种利用电气原理图形式表示控制逻辑的方法，易于理解和使用，适合处理逻辑判断和顺序控制问题。以下是简单的梯形图实现的一个启停控制逻辑的示例：

+----[/]----[/]----( )----+
|    Start   Stop   Motor |
|    Button  Button        |
+-------------------------+

在这个例子中，当按下启动按钮（Start Button）时，如果停止按钮（Stop Button）没有被按下，则电