三菱PLC MODBUS TCP通讯：案例实操与技巧全解析

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通讯协议概述

## MODBUS TCP通讯协议起源与应用

MODBUS协议是一种在串行通讯和工业自动化领域广泛使用的协议。它的起源可以追溯到1979年，由Modicon公司为了其可编程逻辑控制器（PLC）的通信开发。现在，MODBUS TCP作为其众多变体之一，利用TCP/IP协议的稳定性和可靠性，在工业通讯中占据了重要地位。

## MODBUS TCP的应用领域

MODBUS TCP主要应用于工业自动化控制领域，尤其在制造业、楼宇自动化、能源管理等场合。由于其开放性和高效性，MODBUS TCP逐渐成为众多制造商和系统集成商的首选协议。

## MODBUS TCP通讯流程

在MODBUS TCP通讯中，客户端发送请求到服务器，服务器处理后返回响应。通讯流程简单、直接，并且易于实现，这也是它在工业领域广泛使用的一个重要原因。下一章节我们将深入探讨MODBUS TCP的数据单元结构以及通讯参数设定。

# 2. 三菱PLC通讯设置与配置

## 2.1 MODBUS TCP通讯基础
### 2.1.1 MODBUS协议的起源与应用
MODBUS协议，作为工业领域的一种经典通讯协议，由Modicon公司（现为施耐德电气的一部分）在1979年首次推出。它基于主从架构，支持设备之间的简单数据交换。MODBUS协议可应用于各种自动化环境，包括制造、能源、运输等多个行业。它成为事实上的标准，因为它是一个开放的协议，得到了广泛的支持，并且已经拥有多个版本来满足不断发展的工业通讯需求。

MODBUS TCP是MODBUS协议的一个变种，它使用TCP/IP协议作为传输层协议。通过这种形式，MODBUS TCP在网络层提供了更高的可靠性和更快的数据传输速率。这个协议广泛被用于连接和交换数据的PLC、HMI、SCADA系统以及各种传感器和执行器。

### 2.1.2 MODBUS TCP的数据单元结构
MODBUS TCP数据单元结构对于理解如何在协议层面上构建和解析数据包至关重要。MODBUS TCP帧由MBAP（MODBUS Application Protocol Header）和数据区域组成。MBAP头部包含了事务标识符、协议标识符、长度和单元标识符。这些信息对于确保数据的正确接收、传输和路由至正确的目的地至关重要。

数据区域遵循MODBUS功能码标准，如03（读保持寄存器）或06（写单个寄存器）。每个功能码后跟随的是寄存器的起始地址、数量和实际的数据内容。在数据单元结构的理解基础上，开发者和工程师可以确保他们的设备能够正确地发送和接收MODBUS TCP数据包。

## 2.2 三菱PLC通讯参数设定
### 2.2.1 确定通讯接口与参数
在三菱PLC中设置MODBUS TCP通讯需要确定使用的通讯接口和相应的参数。三菱PLC提供了几个不同的网络通讯接口，比如以太网通讯板，工程师需要选择适合特定应用的接口卡。

通讯参数包括IP地址、子网掩码、默认网关以及通讯端口。IP地址必须设置为与网络中其他设备相匹配的唯一地址，且在同一网络段内。子网掩码用来划分IP地址中的网络部分和主机部分，而默认网关用于网络间的数据传输。MODBUS TCP通讯端口一般为502，这是MODBUS协议标准端口。

### 2.2.2 设定IP地址和通讯端口
为三菱PLC设定IP地址和通讯端口，首先需要进入PLC的参数设置界面。在该界面中，用户可以选择或配置网络通讯相关的参数。设置IP地址时，应确保与PLC连接的网络中的其他设备无地址冲突，并且符合公司的IP地址规划。

接下来，设置通讯端口。通常，PLC出厂时通讯端口已经预设为标准的MODBUS端口502，但在某些特殊情况下，可能需要更改端口。更改端口后，必须确保所有连接到PLC的设备通讯端口也需作相应变更。PLC的参数设置完成后，需要重启PLC以使新的参数生效。

### 2.2.3 建立通讯连接和测试
建立了通讯参数后，下一步是建立通讯连接并进行测试。在三菱PLC系统中，通讯连接通常通过使用相应的通讯软件来建立。可以使用内置的工具如GX Works软件的通讯配置功能，进行通讯连接的建立和诊断。

在连接建立后，进行通讯测试是确保通讯设置正确无误的关键步骤。测试步骤包括发送MODBUS请求并检查是否能收到正确的响应。如果通讯测试失败，需要检查网络布线、IP地址设置、通讯端口设置等，确保所有的连接条件都满足。使用网络诊断工具如ping和traceroute可以帮助识别和解决网络层面的问题。

# 3. MODBUS TCP通讯的案例实操

## 3.1 读取数据操作

### 3.1.1 地址映射与读取命令

在MODBUS TCP通讯中，地址映射是将实际物理设备的输入/输出点映射到MODBUS地址。为了进行数据的读取操作，需要了解设备的地址映射表，通常在设备的用户手册或技术文档中可以找到。

接下来，我们将讨论如何使用Python的`pymodbus`库来读取数据。该库是用于与MODBUS从站进行通讯的一个非常实用的工具。

from pymodbus.client.sync import ModbusTcpClient as ModbusClient

# 创建MODBUS TCP客户端实例
client = ModbusClient('192.168.1.100', port=5020)
client.connect()

# 读取保持寄存器，示例：从地址1开始读取2个寄存器
result = client.read_holding_registers(address=1, count=2, unit=1)

# 检查读取是否成功并打印结果
if not result.isError():
    print(result.registers)
else:
    print("读取错误码：", result)

client.close()

在上述代码中，我们首先创建了一个`ModbusTcpClient`实例，指定服务器IP地址和端口号。然后，我们使用`read_holding_registers`方法从指定的起始地址读取了一定量的寄存器，并传入了单元ID（unit）。如果读取成功，我们将得到寄存器的值；如果有错误发生，我们将打印出错误码。

### 3.1.2 故障排除与数据解析

进行数据读取时，经常会遇到各种问题。要进行故障排除，首先需要了解数据交换的各个环节，例如网络连接、MODBUS参数配置等，并逐一检查。数据解析包括将读取到的二进制数据转换为实际的数值。以下是如何处理异常和解析数据的示例代码：

if result.isError():
    print("读取错误类型:", result.getShortMessage())
else:
    # 解析寄存器数据为实际值
    actual_value = int.from_bytes(result.registers, byteorder='big', signed=False) >> 16
    print("实际数据值:", actual_value)

在此段代码中，我们首先检查结果中是否包含错误信息，如果有，则打印出具体的错误类型。如果读取成功，我们将寄存器列表转换为字节串，然后使用`int.from_bytes`方法将其解析为一个实际的数值，这里假定数据为16位无符号整数。

## 3.2 写入数据操作

### 3.2.1 写入命令的使用

写入数据到PLC时，需要使用`write_register`或`write_registers`等方法。下面展示如何向特定地址写入一个整数值：

from pymodbus.bit_write_message import WriteSingleRegister
from pymodbus.register_write_message import