骞、l 訇 似 基于Modbus／TCP协议 台达PLC与上位机 VB软件之 问的通信 The com m unication based on M odbus／TC P protocol betw een delta PLC and lPC V B Program · 樊新 乾 ，潘 存海 FAN Xin．qian．PAN Cun—hai (天津科技大学 机械工程学院 。天津 300222) 摘 要 ： 在VB(Visual Basic)编程环 境下 ，通过 调用 Windows API函数 ，设计 了整合 串 口通信和 工 业以太 网通 信的 监控 系统 通信方 案 。并介 绍了ModbuS协 议和 M0dbus／TcP协议 及其 通 信原 理 ，提 出了应 用于 工业 现场设 备监 控 的设计 方案 ，实现 了上位机 对现 场设 备的 实时 监 控 。提 高了上 位机 监控 程序 的开发 效率 。实 践证 明 ，本监 控系 统性 能稳定 ，能 够满足 本项 目监 控系统 的设计 要求 。 关键 词 ： 工业控制系统 ；MOdbUS协议 ；MOdbus／TCP协议 ；Ethernet；PLC；API函数 中图分类号 ：TP277 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 009-01 34(2ol 2)1 0(下)一0033—04 Doi：1 0．3969／J．issn．1 009-01 34．201 2．1 O(下 )．1 0 0 引言 在 工 业 控 制 中 ，基 于 PLC控 制 的 工 程 在 上 ／ 下 位 机 通 讯 上 普 遍 采 用 RS-232／RS一485串 口或 者 Ethemet通 信 模 块 进 行 通 讯 。 串 行 通 信 是 工 业 控 制 领 域 应 用 最 为 广 泛 的 通 信 方 式 ， 它 的数 据 和 控 制信 息 是逐 位 地 传送 出去 ，因此 对于 数 据 量较 大 ， 通 讯 距 离 较 远 ，实 时性 要 求高 的 控 制 系 统 ，很 难 满足 通讯 需要 J。近 年 来 ，工 业 以太 网得到 了快 速 网 络 控 件 对 编 程 人 员 的 限 制 。使 得 程 序 开 发人 员 不 用 过 多 关 注 通 信 控 件 的 属 性 设 计 ，把 更 多 的精 力 放 到 监 控 界 面 的开 发 上 来 。最 后 ，本 文 以 台达 DVPEN0l—SL模 块 为 Ethemet通 信 载 体 ， 以 及 工 控机 自带 的 COM 口为 串行通 信载体 ，设计 了 PLC 与上 位机 串行与 Ethemet整 合通 信 的解决 方案 ，为 工 业 现 场 用 户 提 供 更 多 的 通 信 选择 方 式 ，简化 了 上 位 机 监 控 界 面 的编 制 过 程 ，提 高 了 工 业 通 信 的 发 展 ，越 来越 多 的 受 到 工 业 控 制 用 户 的 青 睐 ，其 可 靠性 与准 确性 。 稳 定 性 、 准确 性 和 实 时性 的 特 点 ，广 泛 应 用 于 电 1 Modbus以及Modbus／TCP协议 力 、 水 利 、冶 金 、化 工 、机 械 和 制 造 业 等控 制 系 统 【2J。 由此产 生 了人机 界 面 及 各种 组 态 软 件 产 品 ， 这 些 产 品 的 出现 简 化 了对 PLC的控 制和 操 作 ，使 PLC的 应 用 更 加 方 便 。 但 也 有其 共 同的 缺 点 ，价 格 普 遍 偏 高 和 可 二 次 开 发 性 较 差 。基 于 Visual Basic (VB)平 台 的上 位 机 监 控 界 面 的设 计 ，克 服 了 以上 缺 点 ， 受 到 越 来 越 多 工 业 用 户 的 关 注 ]。 ModbUS是 一种 应 用层 报文 传输 协 议 ，ModbUS 报 文 传 输 服 务 提 供 设 备 之 间 的 客 户 机 ／服 务 器 通 信 ，而 这 些 设 备 联 接 在 一 个 以太 网 上 ，信 息 传 递 分 4类 报 文 ：Modbus请 求 、Modbus证 实 、 Modbus指 示 和 Modbus响 应 。Modbus请 求 是 服 务 器 在 网 络 上 发 送 用 来 启 动 事 务 处理 的 报 文 ； Modbus指示 是客 户机 接 收 的请求 报文 ；Modbus响 然 而 利用 Visual Basic (VB)自身 的 串 口通 信 控 件 应 是 客 户 机 发 送 的 响 应 报文 ；Modbus证 实 是 服 务 与 网 络 控 件 进 行 上 位 机 监 控 程 序 的 设 计 ，由 于 控 件 的 局 限 性 ，程 序 开 发 难 度 较 大 。 由此 ，本 文 通 过 深 入 研 究 Windows API函数 的 结 构 ，通 过 调 用 M odbus 服 务器 Windows API函数 ，设 计 出一 种 可 同时 进 行 串 行 通 信 与 Ethemet通信 的 解决 方案 ，大 大提 高 了上 位 机 监 控 软 件 的 开 发 效 率 ，打 破 了 串 行通 信 控 件 与 请求 ／／1 r、＼ 指示 > Modbus 客 户机 < 证 实 响应 、＼J 图 1 M odbus报 文 类 型 收稿 日期：2012—06-05 作者简介：樊新乾 (1986一)，男，河北 邢台人 ，硕士研究生 ，研究方 向为机 电装备集成及 其 自动化 。 第34卷 第 1O期 2012—10(下) 【33】 学兔兔 www.xuetutu.com

I 訇 化 器 接 收的 响应报 文 。如图 1所示 。 (动 作 )。API函数是 构筑 整个 Windows框 架的基 础 。 Modbus／TCP协 议 是 ModbUS家 族 中 应 用 于 自 在 API函数 下 面 是 Windows操 作 系统 核 心 ，而 它 动 控 制 装 置 上 的开 放 的 通 讯 协 议 ，用 于 实 现 不 同 的 上 面则 是 华 丽 的 Windows系统 的 操作 界面 和 各 类 型 的总 线或 网络 连 接 的设 备 之 间 的 c／s(客户 机 种 应用程 序 。Windows系统 结构 如 图 3所 示 。 ／服 务 器 )通 信 ，通 过 通 用 的 网 络 部 件 在 Intranet／ Visual Basic (VB)就 是 Windows平 台上 优 秀 Internet上 传 输 。物 理层 和数 据 链路 层 是 标 准 的 以 的 可视 化编 程 应 用程 序 ，其 主要 特 点为 操 作 简单 ， 太 网协 议 ，网 际层 是标 准 的 IP协 议 ，传 输 层 是标 界 面 友 好 ，所 见 即所 得 。 提 供 了 大量 的 类库 和 控 准 的 TCP协 议 ，应 用 层 嵌 入 Modbus协 议 。其 网 件 (这 些 类 库 或 控 件 就 是 对 API函数 封 装 的 结 络 结构如 图 2所示 。 M odbus协 议 应用 层 jI Modbus／TCP协 议 jf TCP 协 议 传 输 层 jf IP协 议 网 络 层 j} Ethem et 物 理 层 图 2 Modbus／TCP协 议 网 络 结 构 模 型 2 W indows APl函数 API函数 (全 称 为 Application Programming Interface)也称 为 应用程 序编 程接 口，Windows API 顾 名 思 义就 是 Windows平 台 下 的 应用 程 序 编 程 接 口。 它是 操 作 系统 预 留给 应 用 程 序 的 一个 调 用接 口 ，应 用程序 可通 过调 用操 作 系统提 供的 相关 API 函数 来 使 操 作 系统 使 用 应用 程 序 区执 行 一 些 命 令 W indows应 用 程 序 Windows API函数 (应用程序接 口) Windows操 作 系统 底 层 图3 Windows结构 134] 第 34卷 第 1O期 2012—10(下 ) 果 )， 例 如 MSComm (Microsoft Communications Contro1)控 件 和 Winsock控 件 ， 它 们 替 代 了 API 函数 。 但 是 它们 的应 用 具 有 一 定 的局 限 性 ，编 程 人 员需 要 花 很 大 精 力 来设 计 控 件 的各 个 属 性 。 因 此我 们 可 以在 Visual Basic (VB)中调 用 自主 开 发 的 API函数 的 集 合 ，省 略 掉 上 位 机 监 控 程 序 中通 信 控 件 的属 性 设 计 ，简 化 成 为 简 单 地 函 数 调 用 过 程 ，可 大大 提高程 序 开发效 率 ，拓展 更 多的功 能 。 DMT 函 式 库 就 是 以 Windows Winsock API(WSA)为 开 发 基 础 的 API函数 的 集 合 。 用 来 开 发 支持 以 Modbus格 式 连结 的工 业产 品 ，开发 者 可 以通 过 汇 入 函式 库 的 方 式 来连 结 串行 口及 工 业 Ethemet的通 讯 。DMT函式 库 提 供 标 准 C／C++动 态 及 静 态连 结 方 式 ，并 支 持 Microsoft Visual C++／ Visual Basic、Borland C++Builder等软体 开发 环境 。 其协 议堆 叠 图如 图 4所 示 。 DM T Library W in32 Socket communication API 图4 协 议 堆 叠 图 3 通讯模块 以及PLC主机 本 系 统 所 应 用 的 Ethernet通 信 模 块 为 台 达 DVPEN01一SL，PLC 主 机 为 DVP32EH—L。 DVPEN01-SL是 台达 系 列 产 品 Ethernet通 讯 模 块 [7]，支 持 Modbus／TCP通 讯 协 议 ，可 使 用 图 控 软 件 或 人 机 界 面 ，做 远 程 的 监 控 。DVPEN01一SL也 可 以 作 为 Modbus／TCP的 主 端 ， 可 发 送 Modbus／ TCP指令 ，控 制 周边设 备 。 另外 在 MDI／MDI—X 自 动 检 测 功 能 下 ，在 选 择 网络 线 时 不 需 跳 线 。 通 过 DVPEN01 SL Ethernet通 讯 模 块 ，可 实 现 上 位 计 算 机 与 PLC主 机 的通 信 。D 而 串 口通 信 则 可 通 过 DB9转 8针 圆头 RS一232串 口线 缆 直 接 连 接 PLC 与上 位 机 。 由于 篇 幅 所 限 ，DVPEN01一SL的 具 体 学兔兔 www.xuetutu.com

设 置 以及 PLC主 机 的程 序 设 计 在 此 就 不 再 赘 述 。 STOP。程序 编 写过程 如 下 ： 系统硬 件 连接 方式 如 图 5所示 。 首先 声 明 WIN32 API函数 DVPENO1 DVP—PLC Private Declare Function inet addr Lib”wsock32． — PC l 薹 睡 l 目 … 圈 一： 爨嚣：‘ ．量 i 鲁目目吕窖、、 … —j{ dll”(ByVal S As String)As Long。 4．1 Modbus串行通信过程 1)设 定通信 参数 ComString=”0C30FF00” 0C30为 地 址 ， FF00为 传 送数 据 图 5 硬 件 连 接 示 意 图 conn — num=Clnt(Mid(ComString，4，Len(ComStri 4 监控 程序的编 写 ng))) 取得 串行 口号 ，COM 1 parity=AscB(”E”、 我们 通过 VB6．0，编写 上 位机 监控 程序 人机 交 parity1=AscB(”N”、 互 界 面 。在 VB6．0中 使 用 DMT2．0函式 库 ， 必 须 com m _ type 0： 通 讯类 型 O：串行 通 信 首先 汇入 模块 (module)，步骤 如 下 。 datalen= 4 请 求数 据长 度 1)将 DM bas添 加进 项 目。 2)开 启 串行通 信 2)复 制 DMT．dll到项 目目录 下 。如 图 6所 示 。 Ifmode= 0Then Call OpenModbusSerial(conn—ilum，9600，7， 【叠 暇 墨墨翻— 誓翟曩孵l叠 翱 妻雾_ ll |l 0◆ 0 parity,1，mode+ 1) Else 日． 怠；Pr ojecll但m ple_vb．vbp) 8 …甓想 Fo雌 · - Forml 蹦 唧le-vb．蜥 白…圆 Mo dtfle巷 ～ ． ■髓蕊啊圈睡曙舶 瓣 … Call OpenModbusSerial(conn— num ，9600，8， padty1，1，mode+ 1) 3)数据 存取 Modbus数 据请 求 Call RequestData(comm_type，conn—hum，slav_ addr,func _ code，sendbuf(0)，datalen) Modbus数据 回复 rlen ResponseData(comm— type，conn — nu m ， slav addr ret，func _ _ _ code — ret，recvbuf(0)) 图 6 模 块 汇 入 Fori= 0To rlen．1 在 台达 PLC 中 【8]，M 1072为特 殊辅 助寄 存器 ， M 1072标志 设置 为 0N，可使 主程 序为 RUN 状 态 ， 以 下 按 照 DMT2．0函式 库 使 用 步 骤 ，并 以 此 为 范 例 ，来 说 明 上 位 机 监 控 界 面 代 码 的 设 计 。如 图 7 所示 。 Auto／M anu 开 关 通 讯 Call HEX to ASCI(recvbuf(i)，ASC) RecvString：RecvString＆ Chr(ASC(O))＆ Chr(ASC(1)) N exti 4)关 闭通讯 Call CloseSerial(conn ．hum) 4．2 Modbus，1-CP通 信 过程 1)设 定通 信 参数 conn _ num O； PLC站号 为 0 rem ote — addrl= inet _ addr(”192．168．0．4”) 图 7 寄 存 器 动 作 示 意 图 PEN01一SL的 IP地址 设 置为 192．168．0．4 以 Modbus功 能 码 0x05写 入 单 一 线 圈 M 1072 为 例 ，其 Modbus起 始 位 址 0C30，设 定 线 圈状 态 为 FF00，PLC主 程 序 为 RUN ，若 设 定 0000则 为 2)开 启通 信 Call OpenM odbusTCPSocket(conn num， rem ote _ addr) 【下转第45页】 第34卷 第 1O期 2012—10(下 ) [351 学兔兔 www.xuetutu.com

、I泣 匐 化 2)至 下 而 上 的 投 入 系统 ，可 有 利 于 过 程 知 识 机 集成 制 造 技 术 和 系统 【M】，北 京 ：兵 器 工 业 出版 社 ，1991． 的积 累 ，并可 对专 家知 识库 不 断验 证 。 3)生 产 工 艺 人 员 尽 早地 参 与 系统 投 运 ，尽 早 地 做 好现 场 人 员 与 维修 人 员 的 培 训 ，可 使 系统 更 快 地 被 使 用 者 接 受 ， 同时 也 有利 于 对 开 发过 程 中 出现 的偏 差进 行纠 正 。 参考文献 ： l1]Ulrich Rein Bold，Chritian Blume，Ruediger Dillmam，计 算 【2】张 兵 等 ，时 间最 短 控 制 问 题 求 解 的分 级 优 化 策 略 fJ1，华 东 理 工 大 学 学 报 ，2007—02(Vo133)：100—103． [3】 蔡 自兴 ，智 能 控 制一基 础 与 应 用 [M】，北 京 ：国 防工 业 出 版 社 ，1998． [4】 朱 晓 青 ，过 程 检 测控 制 技 术 与 应 用 [M】，北 京 ：冶 金 工 业 出 版 社 ，2002． [5】蔡 自兴，智能 控制 [MI，北京：电子工业 出版社，1993． [6】铅 锌 冶 金 学 编 委 会 ，铅 锌 冶 金 学 [M】，科 学 出版 社 ，2003． 蠡I 岛‘ {岛● 蠡‘ 蠡‘ 岛‘ 如} 矗‘ 盘‘ 岛‘ {岛‘ 岛‘ 出 岛‘ 岛‘ 出‘ j岛I 矗} 重‘ 岛I 蠡● 矗● 岛‘ 岛I 【上接第35页】 3)数 据存 取 请求 数据 Call RequestData(idx，conn num，slav_ addr _ s，func _ code _ s，sendbuf(O)，4) 应 答数 据 If(ReadSelect(conn_num，1 00))Then rlen： ResponseData(idx，conn— num ，slava ddrr ,func _ code _ r,recvbuf(0)) EndIf Fori= 0To rlen l Call HEX to ASCI(recvbuf(i)， ASC) R ecVString = R ecVString & Chr(ASC(O))& Chr(ASC(1)) Nexti 4)关 闭通 信 Call CloseSocket(conn__num) 5 监控界面简介 6 结 论 为 了对 工 业设 备 进 行实 时 有效 的管 理 与监 控 ， 完 善 的兼 容 性 ，可 靠 的稳 定 性 ，对 恶 劣 环 境 的适 应 性 ，强 大 的 冗余 能 力 和 方便 的 可 管理 性 ， 是人 们 越 来 越 多 地 在 Visual Basic (VB)平 台下 开 发上 位 机 监控 程 序 的设 计 的 原 因 ，而 这 也 势 必 成 为本 文 所 述 通 信 方 案 在越 来 越 多 的工 业 控 制 网络 环 境 里 大 显 身 手 的重 要 契机 。本 方 案 的提 出成 功 的整 合 了串 口通 信 与 Ethernet通 信 ，使 得 上位机 监 控程 序 的开 发 更 为 简单 和 方便 ，程 序 员从 繁 杂 的 通 信 控 件 设 计 编 程 工 作 中 解 放 出 来 ，也 为 工 业 现 场 实 现 冗余 设 计 以及 应 急通 信 方面 提 供 了 安全 可 靠 的 方 案 ，应 用 前 景 广 泛 。本 文 所 述 程 序 已成 功 应 用 于 台达 PLC运动 控 制 系统 的 监控 界 面 部 分 中 ，实 验 证 明 ，该程 序安 全 可靠 ，运 行正 常稳 定 。 本 监 控 系统 主 要 包 括 通 信 模 式 选择 ，PLC运 参考文献 ： 行 指 示 ，x 轴 运 动 监 控 ，Y 轴 运 动 监 控 ， 输 入 运 行 监 控 ，以 及 报 错 信 息 界 面 ，能够 满 足 本 项 目的 [1】张 辉 ，李 荣 利 ，王 和 平 ．Visual Basic串 口通 信 及 编 程 实 例 IM I．北 京 ：化 学 工 业 出 版社 ，201 1． 基 本调 试运 行 要求 。程 序运 行界 面如 图 8所示 。 【2】关 学 进 ，刘 娟 ．基 于M odbus／TCP工 业 以太 网 的 自动 化 控 制 系统 [J]．电子 测试 ，201l(4)：4-8． [3】冯 冬芹，金建祥 ，褚健 等．工业 以太 网关键技 术初探 [J】． 信 息 与控 制 ，2003，32(3)：219—224． [4】魏 庆 福 ．现 场 总 线 技 术 发 展 的新 动 向 [J】．工 业 控 制 计 算 机 ，2000(1)：1 1-12． [5】霍 恒 裕 ．一 种 M odbus／TCP工 业 以 太 网 协 议 的 结 构 [J】． Computer Knowledge And Technology电 脑 知 识 与技 术 ， 2008(4)：855—856． 【61 杨 本 伦 ，等 ．Visual Basic开 发 技 术 大 全 IM I．北 京 ：清 华 大 学 出版 社 ，2010． 【7】 台达 DVPEN01一SL Ethernet通 讯 模 块 操 作 手 册 ． 图 8 监 控 程 序 运 行 界 面 [81 DVP—PLC应 用 技 术 手 册 ． 第34卷 第1O期 2012—10(下 ) [451 学兔兔 www.xuetutu.com