以PLC为通信主站的Modbus控制网络的设计与实现

以PLC为通信主站的Modbus控制网络的设计与实现

作者：潘迪夫习可

来源：《现代电子技术》2010年第05期

摘要:为实现以PLC为控制中心的架车式称重调簧系统,提出以PLC作为Modbus通信主站、配合多数量、多种类的通信从站的网络建立的方法,并采用S7-200 PLC、计算机和两种智能传感器,构建一个以PLC为通信主站的Modbus控制网络,对主站、从站的配置和程序设计进行了详细的说明。实践结果表明,此网络系统数据传输可靠准确,系统实时性与稳定性均能满足机车称重调簧系统应用的要求。

关键词:Modbus协议;PLC;通信主站;控制网络

中图分类号:TP368文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)05-142-03

Design and Implementation of Modbus Control System Based on PLC as Master Station

PAN Difu,XI Ke

(School of Traffic&Transportation Engineering,Central South

University,Changsha,410075,China)

Abstract:To realize the PLC control system of locomotive body test-rig for weighting and spring adjusting,it puts forward the method of constructing communication,which is composed of PLC Modbus master station and multiple various Modbus slave stations.At the same time,with one S7-200 PLC,one computer and two kinds of intelligent sensors,it is built that a typical control system taking PLC as Modbus master station,and then illuminated in detail the configuration and software design master station and slavers.The practice indicates that the Modbus communication,where PLC is used as the master station,can transmit data accurately and reliably,its real-time performance and stability reaches the requirement of industrial automation.

Keywords:Modbus protocol;PLC;master station;control system

0 引言

随着微电子及控制技术的不断发展,PLC功能不断完善,已经逐渐成为一种智能型、综合型的控制器,以PLC为控制器构成的数据采集和控制系统,广泛应用到了工业自动化系统中。同时,由于Modbus协议具有开放性好、诊错能力强、数据传输速率高、成本低、易实现等优点,被越

来越多的设备厂家的产品所支持。采用这些控制设备、传感器、智能仪表,可快速构建基于Modbus工业控制网络系统,成本低、性能高、简单实用。

文献[1]介绍了一种采用工控机作为Modbus通信主站,PLC作为通信从站的通讯网络的构建方法,并应用到了实际的工业自动化系统中,效果良好。文献[2]则采用PLC作为Modbus通信的主站来控制变频器从站,同样充分利用了PLC控制的诸多优点。本文综合两种方法,设计并实现了以PLC作为Modbus通信主站、计算机和多种传感器作为通讯从站的控制网络。

1 系统构成

架车式称重调簧系统具有机车架车、称重、调簧三个主要功能,其中,前两项可由PLC控制中心独立完成,在有计算机参与控制的情况下,可以实现调簧的功能。鉴于Modbus的诸多优点,本系统采用基于Modbus的通信网络,网络组成硬件主要包括:1台西门子S7-200 PLC,1台计算机,4台智能位移传感器,4台智能压力传感器。其中,S7-200 PLC作为Modbus通信主站,主要完成数据提取、从站管理及控制输出等功能;计算机作为通信从站,只有在需要时才接入网络,完成对本网络的监控、维护及调整和设置参数的功能;传感器作为通信从站,完成对信息采集的功能。网络采用总线连接,所采用的传感器是智能数字式传感器,均支持RS 485总线协议。计算机通过扩展RS 485通讯卡连接到网络中。系统组成框图如图1所示。

西门子S7-200 PLC作为Modbus通信主站[3],应用了Modbus公开通信协议中串行通信部分,其CUP采用自由端口进行通讯,实现的是RS 485协议半双工通信。S7-200所支持的从站地址范围为0～247,其中0为广播地址。本系统考虑的实际应用的要求,只采用了32个从站地址进行设计。

图1 通讯网络的硬件构成

由于从站的类型多样,为便于管理和编程,可以对各个从站进行分类。本系统可以把从站分为三类,其分类和地址编号如下:

第一类:计算机通信从站。由于计算机从站需要与主站进行数据交换,所以主站对其既有读取数据请求,也有发送数据请求,其地址号范围为31～32。

第二类:位移传感器从站。主站对其只有读取数据请求,其地址号范围为1～15。

第三类:压力传感器从站。主站对其只有读取数据请求,其地址号范围为16～30。

在应用RS 485网络时,考虑到本网络各站点之间的距离不是很长,连接线在100 m以内,为提高系统的抗干扰性,在网络的最后一台设备之后接入一个1 kΩ的终端电阻[2]。

2 S7-200 PLC作为通信主站的配置和程序设计