【FX3G PLC MODBUS通信安全指南】：构建稳固工业控制网络


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通信协议概述

MODBUS作为一种广泛应用于工业环境的通信协议，自从1979年由Modicon（现施耐德电气）推出以来，已经成为工业自动化领域中的一个标准。它为不同设备之间的通信提供了一个简单而强大的方法，特别是在控制设备、仪器仪表、传感器与执行器之间进行数据交换。MODBUS协议可基于串行通信（如RS-232、RS-485）或网络通信（如TCP/IP）实现。

## 1.1 MODBUS协议的起源与应用
MODBUS协议最初设计用于连接可编程逻辑控制器（PLC）。随着时间的推移，它已经扩展到涵盖各种工业设备，包括人机界面（HMI）、驱动器、传感器、阀门、分布式输入/输出设备（I/O）等。由于其简单性和可靠性，MODBUS成为工业自动化中应用最广泛的通信协议之一。

## 1.2 MODBUS协议的版本与特点
目前，MODBUS协议主要有两个版本：MODBUS RTU和MODBUS TCP。MODBUS RTU是基于二进制编码的串行通信协议，它适用于点对点链路以及多点网络环境。MODBUS TCP是MODBUS协议在TCP/IP网络上的实现，它将MODBUS消息封装在TCP/IP数据包中，使得基于以太网的通信变得更加容易实现。每种版本都有其特点和适用场景，但它们共享同一套功能码和数据模型。

# 2.2 FX3G PLC在MODBUS网络中的角色

在工业自动化领域，可编程逻辑控制器（PLC）是构成自动化系统的基石。FX3G PLC是三菱电机公司生产的一款性能强大的控制器，它在MODBUS网络中可以扮演多种角色，根据其在网络结构中的配置不同，它既可以作为MODBUS服务器（也称为MODBUS从设备）也可以作为MODBUS客户端（也称为MODBUS主设备）。接下来，我们将详细探讨这两种不同的角色及其功能。

### 2.2.1 PLC作为MODBUS服务器

作为MODBUS服务器，FX3G PLC主要用于响应来自MODBUS主设备的请求，并执行相应的数据读写操作。这种模式下，PLC主要负责数据的存储与检索，并按照主设备的请求提供服务。

**MODBUS服务器的功能：**

- **数据寄存器的读写：** PLC需要存储不同类型的控制和状态信息。这些信息可以通过MODBUS协议被主设备查询或修改。
- **逻辑处理：** 除了数据交互外，PLC还负责执行特定的逻辑处理任务，如控制电机启动、监测传感器状态等。
- **错误反馈：** 如果PLC在处理请求时遇到错误，需要按照MODBUS协议的规定反馈错误信息。

**操作实例：**

假设我们有一个场景，需要通过MODBUS协议从PLC中读取一些输入和输出数据。以下是通过MODBUS协议实现的基本步骤：

1. **初始化连接：** 主设备（例如计算机或另一台PLC）通过MODBUS RTU协议与FX3G PLC建立串行通信连接。
2. **发送请求：** 主设备构造一个MODBUS请求帧，指定功能码、从设备地址以及要读取的寄存器地址和数量。
3. **处理请求：** PLC接收请求，根据功能码执行相应的操作，如读取输入/输出数据。
4. **返回响应：** PLC将请求的数据打包成响应帧，通过MODBUS协议发送回主设备。
5. **数据处理：** 主设备接收到数据后，进行解析和处理。

下面是一个简单的代码示例，展示如何使用MODBUS协议读取FX3G PLC中的寄存器值：

import pySerialModbus

# 创建连接到PLC的Modbus串行客户端
client = pySerialModbus.SerialClient('/dev/ttyUSB0')

# 设置波特率等参数
client.connect()

# 读取输入寄存器（例如地址0x002B处的3个寄存器的值）
address = 0x002B
count = 3
response = client.readInputRegisters(address, count)

# 关闭连接
client.close()

# 打印读取到的值
print(response.registers)

在上述代码块中，我们使用了`pySerialModbus`库与FX3G PLC进行通信。首先建立连接，然后使用`readInputRegisters`方法读取输入寄存器，最后关闭连接并输出读取到的寄存器值。

### 2.2.2 PLC作为MODBUS客户端

在某些情况下，FX3G PLC也需要扮演MODBUS客户端的角色，主动发起请求以读取或写入数据到其他MODBUS服务器。例如，PLC可能需要从远程的传感器读取数据或者将控制命令发送给执行器。

**MODBUS客户端的功能：**

- **主动数据访问：** PLC客户端需要定时或根据特定事件主动发起通信，以获取必要的操作数据。
- **发送控制命令：** 除了数据采集外，PLC客户端也可能发送控制命令，如启动/停止设备。
- **错误处理：** 类似服务器角色，当通信过程发生错误时，PLC客户端也需要进行相应的错误处理和反馈。

**操作实例：**

现在考虑一个例子，FX3G PLC需要作为客户端从远程传感器节点（作为MODBUS服务器）读取数据：

1. **配置通信：** 首先，PLC需要配置相应的通信参数，如波特率、数据位、停止位和校验位。
2. **构建请求：** PLC根据需要从远程传感器读取的数据类型和量，构建相应的MODBUS请求。
3. **发送请求并接收响应：** PLC发送请求并等待响应，处理返回的数据。
4. **执行控制逻辑：** 根据获取的数据执行相应的控制逻辑，例如启动报警或调整生产线上的设备。

此部分中，我们并没有提供代码示例，因为这涉及到具体的硬件配置和可能的第三方库实现。在实际应用中，这通常需要根据特定PLC的编程环境和语言（如三菱的GX Developer或GX Works2）来编写相应的程序。

在本章节的后续部分，我们将详细讨论如何配置PLC作为MODBUS客