基于PLC的Modbus通信协议的实现

　　随着3C 技术迅速发展, 网络集成信息自动化正迅速应用到现场设备、控制中, 现场总线控制系统正逐步取代传统的集散控制系统, 其中Modbus 现场总线协议在基于PLC 的控制系统中得到了越来越广泛的应用. 在本系统中, 以PLC 为主机、温度采集模块为从机, 完成对生产过程的自动控制、工业流程及工艺参数的显示、修改, 根据PLC 的无协议通信功能, 用Modbus 现场总线协议实现主机与从机的通讯。

　　本文基于某监控系统的设计, 实现了三菱FX2N 系列PLC 在无协议通信方式下与DS18b20型数字温度传感器的采集模块以Mo dbus 协议通信, 在电炉熔化工作过程中, 对电炉、电容、冷却水等100 多点的温度实现巡检。

　　1 系统硬件组成

　　温度监控部分系统的硬件由DS18b20 型数字温度传感器、采集模块、FX2N 系列PLC、FX2N-485-BD、HITECH 触摸屏组成, 其结构如图1 所示。

图1 系统硬件组成

　　DS18b20 是世界上首个支持单线总线接口( 1w ire bus inter face) 的数字化温度传感器, 单总线接口便于构建分布式的温度测控网络, 数字化的输出提高了信号传输的可靠性, 而且使外围电路大为简化。 DS18b20 具有很高的适应性和性价比, 其测温范围为- 55~ 125 ℃ , 测温精度为±0. 5℃ , 测温距离最大为200 m , 测温方式使用3 线制, 本系统使用的传感器排序方式为指定排序。

　　DS18b20 内部主要有3 个数字部件: 1 个温度传感器、1 个64 位的激光刻蚀ROM、9 字节高速暂存器Scratchpad RAM 和3 字节EERAM. ROM 上64 位数据是传感器的序列号。暂存器确保数据的完整性, 数据先被写入暂存器, 并可以被读回. 数据经校验后, 可以由拷贝暂存器命令传输到EERAM, 以确保更改存储器时数据的完整性。暂存器为9 个字节, 第0 和第1 字节是温度编码的低字节和高字节.

　　第2 和第3 字节是温度编码的低字节和高字节的拷贝, 第4 字节是配置寄存器, 其值决定温度转换的分辨率。

　　本系统采用的STA-D 温度采集模块, 是一种远程数字化温度采集系统, 有10 个通道, 每个通道最多可以挂接16 个DS18b20 型数字温度传感器,总共可以监控160 个点的温度, 以RS485 方式同上位机通讯, 通信协议为标准Modbus 协议, 波特率为9 600 bps, 与上位机通信距离最大为1 200 m, 工作电源为12 ~ 24 V, 工作温度为- 20 ~ 75 ℃。 与FX2N??485??BD 采用两线制的485 连线方式( 图2) ,接线要使用规范的屏蔽线。

图2 485 连接图

　　台湾HITECH 公司触摸屏PWS 系列是专为PLC 设计的互动式工作站, 用232 直接与PLC 连接, 可以直接读取PLC 的数据寄存器, 具有良好的人机界面, 操作人员通过它可设置所有参数, 控制系统自动运行。并且编程简便, 运行稳定, 可设置不同的管理权限, 适合于本系统使用。