基于PLC的Modbus通信協(xié)議的實現(xiàn)

摘要：介紹了三菱FX2N系列PLC在無協(xié)議通信方式下與基于DS18b20型數(shù)字溫度傳感器的STA-D溫度采集模塊以Modbus協(xié)議通信,實現(xiàn)即時讀取溫度,并給出了相關(guān)程序。隨著3C技術(shù)迅速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)集成信息自動化正迅速應(yīng)用到現(xiàn)場設(shè)備、控制中,現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)正逐步取代傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng),其中Modbus現(xiàn)場總線協(xié)議在基于PLC的控制系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用.在本系統(tǒng)中,以PLC為主機(jī)、溫度采集模塊為從機(jī),完成對生產(chǎn)過程的自動控制、工業(yè)流程及工藝參數(shù)的顯示、修改,根據(jù)PLC的無協(xié)議通信功能,用Modbus現(xiàn)場總線協(xié)議實現(xiàn)主機(jī)與從機(jī)的通訊。本文基于某監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計,實現(xiàn)了三菱FX2N系列PLC在無協(xié)議通信方式下與DS18b20型數(shù)字溫度傳感器的采集模塊以Modbus協(xié)議通信,在電爐熔化工作過程中,對電爐、電容、冷卻水等100多點的溫度實現(xiàn)巡檢。1系統(tǒng)硬件組成溫度監(jiān)控部分系統(tǒng)的硬件由DS18b20型數(shù)字溫度傳感器、采集模塊、FX2N系列PLC、FX2N-485-BD、HITECH觸摸屏組成,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1系統(tǒng)硬件組成DS18b20是世界上首個支持單線總線接口(1wirebusinterface)的數(shù)字化溫度傳感器,單總線接口便于構(gòu)建分布式的溫度測控網(wǎng)絡(luò),數(shù)字化的輸出提高了信號傳輸?shù)目煽啃?而且使外圍電路大為簡化。DS18b20具有很高的適應(yīng)性和性價比,其測溫范圍為-55~125℃

,測溫精度為±0.5℃,測溫距離最大為200m,測溫方式使用3線制,本系統(tǒng)使用的傳感器排序方式為指定排序。DS18b20內(nèi)部主要有3個數(shù)字部件:1個溫度傳感器、1個64位的激光刻蝕ROM、9字節(jié)高速暫存器ScratchpadRAM和3字節(jié)EERAM.ROM上64位數(shù)據(jù)是傳感器的序列號。暫存器確保數(shù)據(jù)的完整性,數(shù)據(jù)先被寫入暫存器,并可以被讀回.數(shù)據(jù)經(jīng)校驗后,可以由拷貝暫存器命令傳輸?shù)紼ERAM,以確保更改存儲器時數(shù)據(jù)的完整性。暫存器為9個字節(jié),第0和第1字節(jié)是溫度編碼的低字節(jié)和高字節(jié).第2和第3字節(jié)是溫度編碼的低字節(jié)和高字節(jié)的拷貝,第4字節(jié)是配置寄存器,其值決定溫度轉(zhuǎn)換的分辨率。本系統(tǒng)采用的STA-D溫度采集模塊,是一種遠(yuǎn)程數(shù)字化溫度采集系統(tǒng),有10個通道,每個通道最多可以掛接16個DS18b20型數(shù)字溫度傳感器,總共可以監(jiān)控160個點的溫度,以RS485方式同上位機(jī)通訊,通信協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議,波特率為9600bps,與上位機(jī)通信距離最大為1200m,工作電源為12~24V,工作溫度為-20~75℃。與FX2N??485??BD采用兩線制的485連線方式(圖2),接線要使用規(guī)范的屏蔽線。圖2485連接圖臺灣HITECH公司觸摸屏PWS系列是專為PLC設(shè)計的互動式工作站,用232直接與PLC連接,可以直接讀取PLC的數(shù)據(jù)寄存器,具有良好的人機(jī)界面,操作人員通過它可設(shè)置所有參數(shù),控制系統(tǒng)自動運(yùn)行。并且編程簡便,運(yùn)行穩(wěn)定,可設(shè)置不同的管理權(quán)限,適合于本系統(tǒng)使用。2Modbus協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的Modbus口是使用RS??232C兼容串行接口,它定義了連接口的針腳、電纜、信號位、傳輸波特率、奇偶校驗,控制器能直接或經(jīng)由Modem組網(wǎng).控制器通信使用主!從技術(shù),即僅一設(shè)備(主設(shè)備)能初始化傳輸(查詢),其它設(shè)備(從設(shè)備)根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)。表1Modbus部分功能碼定義圖6CRC校驗程序在讀取溫度時,應(yīng)嚴(yán)格遵守DS18b20的讀寫時序,否則就會出現(xiàn)錯誤,丟幀等,若用脈沖信號定時讀取,則間隔應(yīng)不小于100ms.一般出現(xiàn)錯誤幀時數(shù)據(jù)顯示為0℃,此時可以進(jìn)行簡單的濾波,例如傳回值為0時不顯示數(shù)據(jù),或者多組數(shù)據(jù)取平均值后再顯示,以避免溫度顯示的大幅度跳動。DS18b20的初始化溫度顯示為854

結(jié)束語該系統(tǒng)應(yīng)用于生產(chǎn)過程實時監(jiān)控中,PLC既作為現(xiàn)場控制機(jī)完成對生產(chǎn)過程的自動控制,又作為主從通信的主機(jī),與相關(guān)儀表連接,實現(xiàn)與基于