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關(guān)鍵詞：VB  MODBUS/TCP協(xié)議  可編程控制器  以太網(wǎng)

1、 引言

    在網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)層上，隨著自動(dòng)化和控制工程師需要與網(wǎng)絡(luò)打交道的機(jī)會(huì)越來越多，聯(lián)網(wǎng)的愿望和需要也正在逐漸高漲。而且，在監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中，大多數(shù)工程師已將以太網(wǎng)協(xié)議應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA）和工廠的診斷、測試及維護(hù)。如何簡便地實(shí)現(xiàn)與PLC的交互已經(jīng)成為眾多廠商新的競爭戰(zhàn)場。由此產(chǎn)生了人機(jī)界面及各種組態(tài)軟件產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的出現(xiàn)簡化了對(duì)PLC的控制、操作，使PLC的應(yīng)用更加方便。但也有其共同的缺點(diǎn)，價(jià)格普遍偏高和可二次開發(fā)性較差。VB作為“原始”的編程語言，兼具了上述兩方面的優(yōu)勢。本文結(jié)合一個(gè)簡單的案例來粗略討論如何通過VB實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與PLC的以太網(wǎng)通信問題。

2、以太網(wǎng)通信的基本概念

    2.1以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)

    以太網(wǎng)是一種局域網(wǎng)。早期標(biāo)準(zhǔn)為IEEE 802.3，數(shù)據(jù)鏈路層使用CSMA/CD，10Mb/s速度物理層有：

    (1)10 Base 5粗同軸電纜，RG-8，一段最長為500m。

    (2)10 Base 2細(xì)同軸電纜，RG-58，一段最長為185m。

    (3)10 Base T雙絞線，UTP或STP，一段最長為100m。

    2.2工業(yè)以太網(wǎng)與商用以太網(wǎng)的區(qū)別

    什么是工業(yè)以太網(wǎng)？技術(shù)上，它與IEEE802.3兼容，故從邏輯上可把商用網(wǎng)和工業(yè)網(wǎng)看成是一個(gè)以太網(wǎng)，而用戶可根據(jù)現(xiàn)場情況，靈活裝配自己的網(wǎng)絡(luò)部件。但從工業(yè)環(huán)境的惡劣和抗干擾的要求，設(shè)計(jì)者希望采用市場上可找到的以太網(wǎng)芯片和媒介，兼顧考慮下述工業(yè)現(xiàn)場的特殊要求：首先要考慮高溫、潮濕、振動(dòng)。二是對(duì)工業(yè)抗電磁干擾和抗輻射有一定要求，如滿足EN50081-2、EN50082-2標(biāo)準(zhǔn)，而辦公室級(jí)別的產(chǎn)品未經(jīng)這些工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測試，表1列出了一些常用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。為改善抗干擾性和降低輻射，工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品多使用多層線路板或雙面電路板，且外殼采用金屬如鑄鋁屏蔽干擾。三是電源要求，因集線器、交換機(jī)、收發(fā)器多為有源部件，而現(xiàn)場電源的品質(zhì)又較差，故常采用雙路直流電或交流電為其供電，另外考慮方便安裝，工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品多數(shù)使用DIN導(dǎo)軌或面板安裝。四是通信介質(zhì)選擇，在辦公室環(huán)境下多數(shù)配線使用UTP，而在工業(yè)環(huán)境下推薦用戶使用STP(帶屏蔽雙絞線)和光纖。
 

    2.3 使用TCP/IP協(xié)議的原因及其概述

    最主要的一個(gè)原因在于它能使用在多種物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上，包括局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)技術(shù)。TCP/IP協(xié)議的成功，很大程度上取決于它能適應(yīng)幾乎所有底層通信技術(shù)。20世紀(jì)80年代初，先在X.25上運(yùn)行TCP/IP協(xié)議；而后又在一個(gè)撥號(hào)語音網(wǎng)絡(luò)(如電話系統(tǒng))上使用TCP/IP協(xié)議，又有TCP/IP在令牌環(huán)網(wǎng)上運(yùn)行成功；最后又實(shí)現(xiàn)了TCP/IP遠(yuǎn)程分組無線網(wǎng)點(diǎn)與其他Internet網(wǎng)點(diǎn)間TCP/IP通信。所以TCP/IP協(xié)議極其靈活，具備連接不同網(wǎng)絡(luò)的能力。另外，使用TCP/IP也簡化了OSI模型，因?yàn)樗÷粤吮硎緦雍蜁?huì)話層。如果現(xiàn)在把以太網(wǎng)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層加到OSI模型，就構(gòu)成了基于以太網(wǎng)的TCP/IP網(wǎng)，如圖1所示。用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)TCP/IP也是經(jīng)濟(jì)的一種方式。
 

    IP是Internet最基本的協(xié)議。IP是面向報(bào)文的協(xié)議，它獨(dú)立處理每個(gè)報(bào)文包，每個(gè)報(bào)文包必須含有完整的尋址信息。IP報(bào)文包的格式如圖2所示。
 

圖2  IP報(bào)文包的格式

    IP地址的類型共有4種(如圖3所示)：A類用于處理超大型網(wǎng)絡(luò)，最多16387064個(gè)主機(jī)(1～126)；B類網(wǎng)絡(luò)最多可有64516個(gè)主機(jī)(網(wǎng)絡(luò)地址的第一段為128～191)；C類用于小型網(wǎng)絡(luò)，最多可有254個(gè)主機(jī)(網(wǎng)絡(luò)地址的第一段為192～223)；D類用于多點(diǎn)播送，用于多目的信息的傳輸。全零(“0.0.0.0”)地址對(duì)應(yīng)于當(dāng)前主機(jī)，全1地址(“255.255.255.255”)是當(dāng)前子網(wǎng)的廣播地址。

    TCP是基于傳輸層的協(xié)議，協(xié)議文件可從RFC793得到，使用廣泛，面向連接的可靠協(xié)議。它能把報(bào)文分解為數(shù)段，在目的站再重新裝配這些段，支持重新發(fā)送未被收到的段，提供兩臺(tái)設(shè)備間的全雙工連接，允許它們高效地交換大量數(shù)據(jù)。TCP使用滑動(dòng)窗口協(xié)議來高效使用網(wǎng)絡(luò)。由于TCP很少干預(yù)底層投遞系統(tǒng)的工作，它適應(yīng)各種投遞系統(tǒng)，且提供流量控制，能使各種不同速率的系統(tǒng)進(jìn)行通信。報(bào)文段是TCP所使用的基本傳輸單元，用于傳輸數(shù)據(jù)或控制信息。

3、MODBUS數(shù)據(jù)幀格式

    在TCP/IP以太網(wǎng)上傳輸，支持Ethernet II和802.3兩種幀格式。圖3所示，Modbus TCP數(shù)據(jù)幀包含報(bào)文頭、功能代碼和數(shù)據(jù)3部分。
 

4、 MODBUS功能代碼

    4.1  3種類型

    (1)公共功能代碼(如表2所示)：已定義好的功能碼，保證其唯一性，由Modbus.org認(rèn)可。

    (2)用戶自定義功能代碼有兩組，分別為65～72和100～110，無需認(rèn)可，但不保證代碼使用的唯一性。如變?yōu)楣泊a，需交RFC認(rèn)可。

    (3)保留的功能代碼，由某些公司使用在某些傳統(tǒng)設(shè)備的代碼，不可作為公共用途。

表2  Modbus常用公共代碼功能

    5.2 按鈕控件

    按鈕控件如圖5（a）所示，該控件使用率很高，提供一個(gè)供系統(tǒng)用戶操作用的按鈕，如圖5（b）所示。
 

6、基于Winsock控件的TCP/IP以太網(wǎng)通信

    要完成VB與PLC等設(shè)備的以太網(wǎng)通信要用到Winsock控件，在此有必要對(duì)該控件作較詳細(xì)的說明。Winsock是一個(gè)ActiveX控件，需要要手動(dòng)添加許多項(xiàng)目，其步驟如下：

    （1）選擇菜單的【工程】。

    （2）選擇【部件】。

    （3）在彈出的對(duì)話框中做如圖6的選擇。
 

圖6 對(duì)話框界面

    （4）如圖7所示，在部件選項(xiàng)卡就會(huì)出現(xiàn)Winsock控件。
 

    在界面中用按鈕控制Y0的ON/OFF及D100、D200數(shù)據(jù)的寫與讀；用shape組件做指示燈，指示Y0的ON/OFF狀態(tài)；用Winsock控件實(shí)現(xiàn)PLC與VB的通信。

    （１）實(shí)現(xiàn)功能的代碼構(gòu)成

    （２）建立網(wǎng)絡(luò)連接

    Private Sub Command1_Click()
    Winsock1.Close
    Winsock1.Connect Text1， 502
    Label2.Caption = "Version: 1.0 : " + Format(Now， "mmm dd yyyy Hh:Nn:Ss")
    Command1.Enabled = False
    Command1.Enabled = False
    Text1.Enabled = False
    End Sub
    （2）、Y0的ON/OFF控制
    Private Sub Comd_send_Click()
    On Error GoTo ErrProc
    Dim sendstr(14) As Byte
    sendstr(0) = &H0 '交換識(shí)別號(hào)高字節(jié)，通常為0
    sendstr(1) = &H0 '交換識(shí)別號(hào)低字節(jié)，通常為0
    sendstr(2) = &H0 '協(xié)議識(shí)別號(hào)高字節(jié)，為 0
    sendstr(3) = &H0 '協(xié)議識(shí)別號(hào)低字節(jié)，為 0
    sendstr(4) = &H0 '字節(jié)長度高字節(jié)
    sendstr(5) = &H9 '以下字節(jié)長度低字節(jié)
    sendstr(6) = &HFF '單元識(shí)別號(hào)，確省為 255
    sendstr(7) = &H5 '寫一個(gè)線圈命令代碼
    sendstr(8) = &H0  '寫線圈的起始地址高字節(jié)
    sendstr(9) = &H1'寫線圈的起始地址低字節(jié)
    sendstr(10) = a '=FF打開線圈，=00關(guān)閉線圈
    sendstr(11) = &H0 '
    Dim aStr As String
    Dim i， j As Integer
    For i = 0 To 11
    aStr = aStr & Chr(sendstr(i))
    Next
    Winsock1.SendData aStr
    Exit Sub
    ErrProc:
    MsgBox "傳輸數(shù)據(jù)失敗"， vbCritical， "網(wǎng)絡(luò)傳輸"
    End Sub

    （3）線圈狀態(tài)顯示及寄存器讀出數(shù)據(jù)顯示

    Private Sub winsock1_DataArrival(ByVal bytesTotal As Long)
    Dim strdata() As Byte
    Dim i， j As Integer
    Dim s As String
    Dim s1 As String
    Dim IO As Byte
    i = Winsock1.BytesReceived
    ReDim strdata(i)
    Winsock1.GetData strdata， vbByte， i
    For j = 0 To i - 1
    s = s + Hex(strdata(j))
    Next
    If s Like "*5*" Then
    s1 = Mid(s， 12， 2)
    If s1 = "FF" Then
    IO = 1
    a = &H0
    Else
    IO = 0
    a = &HFF
    End If
    If IO = 1 Then
    Shape1.FillColor = RGB(0， 255， 0) 'green
    Labl3.Caption = "IO點(diǎn)接通"
    Else
    Shape1.FillColor = RGB(255， 0， 0) 'red
    Labl3.Caption = "IO點(diǎn)斷開"
    End If
    End If If s Like "*3*" Then
    Text3.Text = Text3.Text + Mid(s， 11) + ""
    End If

    （4）、讀多個(gè)寄存器數(shù)據(jù)

    End Sub Private Sub Command4_Click()
    On Error GoTo ErrProc
    Dim str(12) As Byte
    str(0) = &H0 '交換識(shí)別號(hào)高字節(jié)，通常為 0
    str(1) = &H0 '交換識(shí)別號(hào)低字節(jié)，通常為 0    
    str(2) = &H0 '協(xié)議識(shí)別號(hào)高字節(jié)，為 0
    str(3) = &H0 '協(xié)議識(shí)別號(hào)低字節(jié)，為 0
    str(4) = &H0 '字節(jié)長度高字節(jié)
    str(5) = &H6 '以下字節(jié)長度低字節(jié)
    str(6) = &HFF '單元識(shí)別號(hào)，確省為 255
    str(7) = &H3 '讀多個(gè)寄存器命令代碼
    str(8) = &H10  '讀數(shù)據(jù)的起始地址高字節(jié)
    str(9) = &HC8 '讀數(shù)據(jù)的起始地址低字節(jié)
    str(10) = &H0 '數(shù)據(jù)長度高字節(jié)
    str(11) = &H1 '數(shù)據(jù)長度低字節(jié)
    Dim bStr As String
    Dim i As Integer
    For i = 0 To 11
    bStr = bStr & Chr(str(i))
    Next
    Winsock1.SendData bStr
    Exit Sub
    ErrProc:
    MsgBox "傳輸數(shù)據(jù)失敗"， vbCritical， "網(wǎng)絡(luò)傳輸"
    End Sub
    D100寄存器的寫入操作類似，由于篇幅所限其他代碼在此就不再贅述。

9．結(jié)速語

    工業(yè)以太網(wǎng)是工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢，為了對(duì)工業(yè)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的管理與監(jiān)控，工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備大多都支持遠(yuǎn)程管理，而且各廠商業(yè)都有各自的網(wǎng)絡(luò)管理軟件以提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行友好的圖形化界面操作。管理員還可以通過遠(yuǎn)程telnet或web界面的方式直接對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。完善的兼容性，可靠的穩(wěn)定性，對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)性，強(qiáng)大的冗余能力和方便的可管理性，是人們越來越多地在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)過程中采用工業(yè)以太網(wǎng)的原因，而這也勢必成為工業(yè)以太網(wǎng)在越來越多的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里大顯身手的重要契機(jī)。借臺(tái)達(dá)即將推出以太網(wǎng)模塊之際撰寫此文，希望能夠?yàn)槠湟蕴W(wǎng)模塊的推廣提供一些幫助。由于本人水平有限本文編寫難免會(huì)有錯(cuò)漏之處，也請讀者給予批評(píng)指正。

    南京寧控系統(tǒng)工程有限公司　　熊金香