使用PLC自带功能实现不同厂家PLC之间的协议的解析及转达

作为工程师，经常会用到各种品牌的设备，PLC等。而且在现场，经常会遇到不同设备之间需要走通讯的需求，但不同公司的设备支持的协议不尽相同。类似于来自不同国家的学生在同一公司协同工作，这时候我们怎么才能做到让不同的人能相互理解别人的意思呢？以往经常使用的方式是采用安装第三方或厂家自带的协议转换模块。类似于给设备安装不同的翻译器。这时候会增加很多成本，让预算紧张的项目雪上加霜。这时，有一个不成熟的想法在脑海中成型，既然物理口一样，要么是RS485，要么RJ45，要么CAN等，那我们是不是可以利用自带的功能，实现协议的相互认识？说干就干，接下来，让我们以Modbus为例，理解如何使用PLC自带功能实现不同厂家PLC之间的协议的解析及转达 。

第一步：解读Modbus协议

Modbus通信协议由Modicon公司（现已经为施耐德公司并购，成为其旗下的子品牌）于1979年发明的，是全球最早用于工业现场的总线规约。由于其免费公开发行，使用该协议的厂家无需缴纳任何费用，Modbus通信协议采用的是主从通信模式（即Master/Slave通信模式)，其在分散控制方面应用极其广泛，从而使得Modbus协议在全球得到了广泛的应用。

1、Modbus协议解析

1.1 Modbus RTU协议中的指令由地址码(1Byte），功能码（1Byte），起始地址（2Byte），数据（N个Byte），校验码（2Byte）五个部分组成 ，其中数据又由数据长度（2Byte，表示的是寄存器个数，假定内容为M）和数据正文（M乘以2个Byte）组成，而且RTU协议是采用3.5个Byte的空闲时间作为指令的起始和结束，一般而言，只有当从机返回数据或者主机写操作的时候，才会有数据正文，而其他时候比如主机读操作指令的时候，没有数据正文，只需要数据长度即可。

Modbus 通用帧

1.2 Modbus TCP协议是在RTU协议上加一个MBAP报文头 ，由于TCP是基于可靠连接的服务，RTU协议中的CRC校验码就不再需要，所以在Modbus TCP协议中是没有CRC校验码，用一句比较通俗的话说就是：Modbus TCP协议就是Modbus RTU协议在前面加上五个0以及一个6，然后去掉两个CRC校验码Byte就OK了。

2、长度计算：

早期串行链路上MODBUS 执行的长度约束限制了MODBUS PDU大小(最大RS485 ADU=256Byte).因此可以得到RTU及TCP的长度：

RTU MODBUS ADU = 253Byte+从站地址(1Byte) + CRC (2 Byte) = 256 Byte。TCP MODBUS ADU = 249Byte+ MBAP (7 Byte) = 256 Byte。

MODBUS 协议定义了三种 PDU。 它们是：

MODBUS 请求 PDU，mb_req_pduMODBUS 响应 PDU，mb_resp_pduMODBUS 异常响应 PDU，mb_excep_resp_pdu

定义 mb_req_pdu 为：

mb_req_pdu = { function_code, request_data}，其中function_code - [1个Byte] MODBUS 功能码request_data - [n个Byte]，这个域与功能码有关，并且通常包括诸如可变参考、变量、数据偏移量、子功能码等信息。

定义 mb_resp_pdu 为：

mb_resp_pdu = { function_code, response_ data}，其中function_code - [1个Byte] MODBUS 功能码response_data - [n 个Byte]，这个域与功能码有关，并且通常包括诸如可变参考、变量、数据偏移量、子功能码等信息。

定义 mb_excep_resp_pdu 为：

mb_excep_resp_pdu = { function_code, request_data}，其中function_code - [1个Byte] MODBUS 功能码 + 0x80exception_code - [1个Byte]，在下表中定义了 MODBUS 异常码。

Modbus TCP与Modbus RTU协议转换实例对比：

发送：

接收

3、超时时间计算 ：该计算与波特率、设备运算能力、数据量等参数相关，本文主要以TCP为主，这里就不做赘述。有感兴趣的小伙伴们可以自行了解。

第二步：实例解读

本文以RA官网提供的Demo程序进行Modbus TCP Slave梯形图实现解读。

1、前提准备

实验设备：

硬件：

AB PLC ：1769-L33ERM西门子PLC ：S7-1517编译PC ：DELL Latitude E5501

软件：

Modbus Slave PC端仿真：ModsimModbus Master PC端仿真：ModscanAB PLC程序编译环境：Studio5000 V32.11西门子PLC程序编译环境：TIA V16

注意点：

1、ModbusTCP 任务放在50-100ms的低优先级周期任务

2、西门子PLC可使用MB_SERVER 及MB_CLIENT 进行Modbus TCP通讯。

2、AB PLC程序流程

2.1：清空链接

2.2：创建Socket链接

2.3：Socket参数设定

2.4：获取网卡连接数

2.5：创建接收连接

2.6：Socket数据读取：读取到MBTI_Read_Resp字符组

2.7：协议解析和封装：

2.7.1：判断接收字符串是否为标准modbus格式

2.7.2：解析读取到的Modbus字符串，并根据命令字，利用不同标签进行应答数据处理

2.7.3：根据命令进行不同处理，线圈跳转到线圈处理处；寄存器跳转到寄存器处理处；

2.7.4：根据需要读取的起始地址、长度、将对应数据获取出来并复制到发送缓存区；

2.7.5：数据打包，将PDU打包成ADU

2.8 :Socket数据发送:将MBTI_Write_Data_Out数据发送到Socket

以上是实例是根据RA官网提供的Demo程序进行讲解如何使用 AB ControlLogix及CompactLogix系列PLC通过Socket方式进行Modbus TCP协议编写。由此可类比可制作其他基于Socket协议的协议解析及通讯。

最全的PLC通讯电缆编程电缆自制详解(图)

一． 前言

八方汇PLC实战培训

随着可编程序控制器（plc）在工业控制领域的广泛应用，plc编程成了电气工程技术人员必须掌握的专业技能。可编程序控制器的品牌众多，欧、美、日、韩及台湾的PLC纷纷抢滩大陆，在给使用者提供了多种选择的同时，也给使用者带来了小小麻烦。由于不同品牌PLC的编程电缆互不通用，买一根原装电缆往往上千元。对于以学习为主要目的以及经常碰到不同品牌PLC的技术人员来说，如果能够有办法花较低的代价自制一根编程电缆，无疑为他们提供了方便。PLC虽然品牌众多，但各种品牌的PLC其编程接口不外乎几种型式，在PLC随机提供的技术手册里一般也都会提供编程口的引脚定义，这就为自制编程线提供了可能。下面我就PLC编程口的几种串行通信接口标准和物理结构，详细说明如何DIY一根适用的编程电缆。

二．PLC编程口的型式

编程电缆一端与PC的COM口相连，另一端与PLC的编程口相连，PC端的COM口均为RS232C接口，DB-9针形插头。而PLC的编程口按接口标准一般可分为三种，即RS232、RS485、RS422 。按物理结构可分为五种，即八针圆口（DIN-8），九针D形口（DB-9），二十五针D形口（DB-25），RJ11口以及专用接口，其中以前两种居多，各接口引脚排列如图一所示。

为了做好编程电缆，首先要大概了解一下这三种串行通信接口标准。RS-232、RS-422与RS-485是三种串行数据接口标准，接口标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，所以同样一种接口标准可以有不同的物理结构，如DB-9 、DB-25等。RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口， RS-232C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。多数情况下只使用主通道，常用九条信号线（九针D形口），各引脚定义如表一所示。对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如发送数据线 TXD 和接收数据线RXD以及逻辑地线GND，RS232C只能点对点通讯，传输距离短，共模抑制能力差。 RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。它使用一对双绞线，将其中一根定义为A（TXD-/RXD-），另一根定义为B（TXD+/RXD+），不需要数字地线。速率在100kbps及 以下时通信距离达1200米以上。RS-485 可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。RS-485只能实现半双工通信。表一：RS-232接口引脚定义25 针 9 针 缩 写 描 述2 3 TXD 发送数据3 2 RXD 接收数据4 7 RTS 请求发送5 8 CTS 允许发送6 6 DSR 通讯设备准备好7 5 GND 信号地8 1 CD 载波检测20 4 DTR 数据终端准备好22 9 RI 响铃指示器 RS－422接口标准主要是为克服RS－232接口标准的通讯距离短和传输速率慢而建立的。RS－422标准是一种以平衡方式传输的标准，使用二对双绞线，每个信号以两根信号线来传输，即发送数据TXD+ 、 TXD- ，接收数据RXD+ 、 RXD- ，逻辑电平是由两条传输线之间的电位差来决定的，由于采用了双线传输，大大增强了抗共模干扰的能力，因此最大数据速率可达10MbPs（传送15m时）。若传输速率降到90kbPs时，则最大距离可达1200m，可实现全双工通信。

三． PLC编程电缆的制作

各厂家的编程电缆的作用就是将PLC端的RS485、RS422格式的数据转换为PC端的RS232C格式的数据，PLC端如果是RS232则只要按规则直接连接即可。因此要自制PLC编程电缆，就必须将PLC端的RS485、RS422转换为PC机能够识别的RS232C，PC才能与PLC通信，完成下载、上传、监控等工作，这就涉及到一个接口标准转换的问题。实现接口转换有几种方法：一是用简易的电平转换电路，但一种电路只能针对一种PLC，且功能不全，性能也不太可靠，甚至可能会损坏PC机的串口；二是用专用的接口转换IC ，但业余实现起来比较复杂，不适合自制。这里我们使用一种成品通讯接口转换器，可以实现RS232/RS485/RS422的转换，由于是专用的通讯接口转换器，使用起来很方便且性能可靠，价格也比较低。该类产品市场上比较多，以四川德阳四星电子的产品SC-485C接口转换器为例，该转换器用于RS232到RS485/RS422的通讯转换,体积小巧,只有两个DB-9插头大小,采用串口窃电技术，不需外接电源。SC-485C的结构及引脚定义如图二所示。RS232端为DB-9的孔座，可以直接插在PC机的COM口上，RS485/RS422端为DB-9的针座， RS485时使用3脚和8脚, RS422时用3脚、8脚、1脚和7脚。利用该接口转换器制作编程电缆如图三所示。左侧为SC-485C接口转换器，右侧从上而下分别为DIN-8、RJ11、DB-9和DB25插头的编程电缆，电缆靠近接口转换器一边的插头均为DB-9孔型插头，另一头均为针插头，分别对应不同物理结构的PLC编程口。

接线时根据PLC端是RS485还是RS422选择对应的引脚，按照“发送接接收，接收接发送，正接正，负接负”的规律连接，SC-485C接口转换器与PLC RS485、RS422接口接线图和PC与PLC RS232接口接线见图四。图四

要做好一根编程电缆，除了要进行RS232/RS485/RS422之间的接口转换外，还必须了解PLC编程口各引脚的定义，因为即使是采用同一种接口标准，不同厂家的PLC其引脚分布也是不相同的。表二提供了几种主流PLC的引脚定义，供自制时参考。未列举的PLC可以查找随机的技术手册，也可以到网上找一个通用型人机界面（hmi）的说明书，在HMI与各厂家PLC联机的连线说明中可以找到市场上绝大多数PLC的引脚定义。表二 部份PLC编程口引脚定义PLC型号 接口标准 接口外形 引 脚 定 义S7-200 RS485 DB-9 3B/8ATIWDO/NEZA RS485 DIN-8 1A/2BLGｍａｓｔｅｒK系列 RS232 DB-9 2RXD/3TXD/5GNDFX2N/FX0N RS422 DIN-8 1RXD-/2RXD+/4TXD-/7TXD+OMRON CH200HS RS232 DB-9 2TXD/3RXD/7GND/4RTS/5CTSAB SLC503/504 RS232 3TXD/2RXD/5GND/7RTS/8CTSABB COMLI RS232 6TXD/ 7RXD/ 5GND（SLAVE MODE）KOYO DIRECT DL RS232 RJ11 4TXD/3RXD/1GND

四、结束语

一种原装电缆只能在一种PLC上使用，而一只接口转换器配上不同接插件可以组合成一套编程电缆，几乎可以在任何品牌的PLC上使用。接口转换器和接插件在通信市场都能买到，而且价格便宜，总成本仅需原装电缆价格的十分之一左右，制作也非常简便。自制的编程电缆可以在PC与PLC之间可以完成程序上传、下载、在线监控等功能，在功能和可靠性上比起原装电缆来可以说是毫不逊色。RS232转RS485自制线原理图

串行通讯电缆的制作 RS-232通讯电缆的制作无论是9孔插头，还是25孔插头，其串行通讯电缆连接时都要遵循下列对接关系：　　SG←→SG　TXD←→RXD　RXD←→TXD　RTS←→CTS　　CTS←→RTS　DTR←→DSR　DSR←→DTR　　根据上述对接关系，就可以非常方便地连接串行通讯电缆。这里顺便介绍一下上述各引脚所代表的含义：　　SG英文全称为Signal Ground/Common Return，表示信号地；　　TXD指Transmitted Data，表示数据发送；　　RXD指Received Data，表示接收数据；　　RTS指Request To Send，表示发送请求；　　CTS指Clear To Send，表示清除请求；　　DTR指Data Terminal Ready，表示数据终端准备就绪；　　DSR指Data Signal Rate Selector，表示数据置位准备就绪。　　在制作9芯串口连线时，需要2个9孔插头和1.5米长的至少7芯的扁平电缆，引脚连线如下所示。　　9孔插头－9孔插头引脚连线为：2-3、3-2、4-6、5-5、6-4、7-8、8-7。　　9孔插头－25孔插头引脚连线为：2-2、3-3、4-6、5-7、6-20、7-5、8-4。　　25孔插头－25孔插头引脚连线为：2-3、3-2、4-5、5-4、6-20、7-7、20-6。

台达DOP系列触摸屏与各品牌PLC通讯连线1、GE VERMAX 编程电缆制作（电源模件第一个串口）：

PLC PC（9 SUB MALE） （9 SUB FEMALE）2 （T） 2 （R）3 （R） 3 （T）5 （G） 5 （G）

2、GE 90—30系列（CPU351/352/363/364） 编程电缆制作（RS232端口 6脚RJ11型）：PLC PC（6 RJ11 MALE） （9 SUB FEMALE）2 （T） 2 （R）5 （R） 3 （T）3 （G） 5 （G）3、GE 90-30、90-70、VersaMax 编程电缆制作（RS232端口 6脚RJ11型）：PLC RS422/RSRS232 PC（15 SUB MALE） （9 SUB FEMALE）12 （T-） （R+） （T） 2 （R）13 （T+） （R-） （R） 3 （T）10 （R-） （T+） （G） 5 （G）11 （T+） （T-）9 （RT）6 （RTS-）15 （CTS-）6 （RTS+）15 （CTS+）4、GE公司生产的编程电缆（GE 90-30、90-70、VersaMax），在调试过程中不够长，需要延长，延长线的制作为同1注意一下，GE 90-70有两个15 SUB FEMALE串口，用第二个串口方能编程，即使用GE公司生产的编程电缆。

欧姆龙CPM1A編程電纜製作資料

一、 (如图)

二、欧姆龙plc编程电缆

制作三菱FX系列PLC编程电缆

用于三菱FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC及A系列PLC编程使用。第一步：制作一根FX-422CABO。

第二步：制作一根F2-232CAB-1

第三步：把上以两根线的25针母接头和公插头对接。上图实际就是计算机的串口直接对应PLC的DIN8孔为；计算机 PLC2 23 75 36和8短接 6好了，一根三菱plc编程电缆SC-09就制作完成了。

三菱FX系列编程电缆 三菱PLC編程電纜製作資料

电脑与PLC/CQM1H系列的编程电缆XW2Z-200S-CV的制作PLC-PC：2-2 3-3 4-8 5-7 9-5LG PLC编程电缆制作方法使用RS232 串行口和屏蔽电缆制作。公2（白）〈－－－－-〉母3（白），公3（黄）〈－－－－-〉母2（黄）公5（红）《－－－－-》母5（红），屏蔽层加护套焊接在金属外壳上。以上颜色为自定。假如线径太细接口卡不牢，可以先用电工胶带固定和加粗厚再安装接口外壳。

富士PLC编程电缆制作

制作方法如下：1.直连编程电缆 ，该制作方法当初是参考三菱PLC编程电缆制作方法。当初网上没有关于富士PLC编程电缆制作的方法，在触摸屏编程手册上看到富士PLC采用RS422通讯，并下载了通讯口图如图所示。开始准备用RS232/422转换器制作，单本地没有买到。想起三菱PLC也是RS422通讯，网上很多三菱编程电缆制作图，就下载了一个三菱接线图并制作了一个富士编程电缆。开始用电阻制作的编程电缆用V1.0中文版富士软件联机成功几率很低，10%左右。在车间用笔记本成功几率为0，就到郑州购买RS232/422模块制作另外一根编程电缆，谁知道用转换器制作的编程电缆在办公室成功几率0，车间就更不用说了。就一直使用电阻连接的编程电缆并把PLC拆到办公室输入程序再安装到车间。直到后来才有好心的工控朋友说V1.0中文版软件是在WIN98系统联机的软件，XP系统必须用V2.0以后的版本。下载安装V2.0版本软件，两种方法制作的编程电缆都可以用。【attach】42【/attach】4 RTX+ －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－-5 GND6 TXD+ －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－-5 GND3 RXD— －－－－－－2.2K电阻－－－－－－3 RXD5 TXD— －－－－－－2.2K电阻－－－－－－2 TXD将PLC的4(RXD+).6(TXD+)脚的导线与电脑9芯母头的5脚连接(该脚是RS232的地)，3脚(RXD-)通过2.2k欧的电阻与9芯的3脚相连,5脚(TXD-)通过2.2k欧电阻与9芯的2脚相连2.通过RS232-RS422转换头相连到电脑市场购买一个RS232-422转换头（25元左右，比电阻连接的安全）,按转换头的说明书的说明与8芯水晶头按RTX+接RTX+；RTX-接RTX-；TXD+接TXD+；TXD-接TXD-连接就可。后有朋友联机不成功，我总结有以下原因导致他们没有成功：1 如果有USB/RS232转换器，注意转换器必须单独供电，如果转换器可以用+5V供电，可以直接用PLC的+5V电源 。如果转换器是+9V供电的可能需要另外增加一个直流电源了；2 软件必须用2.0英文版本，1.0中文版本可以在下面编程用，1.0在WIN98系统可用，在XP 系统联机成功率不高（偶然可以成功一次）。3 判断接线是否正确，可以把水晶头插到PLC编程口（PLC NB2有一个口不是编程口，不要插错）测量+5V是否是1/7和2/8脚。好几个朋友都是把水晶头上下程序弄错 。好几个朋友都是把通讯口1~8的次序弄颠倒了，插到PLC通讯口后测量1脚和2脚+5V极性判断是否接错。

富士spb plc的编程电缆内部接线图！一端8芯水晶头 一端rs232 9孔RJ45端 3－－－－-TD+ ; 4－－－－-TD- ; 5－－－－-RD+ ; 6－－－－-RD- ; 1，2，7，8－－－NCSPB为RS422模式，因此令一端你需要一个RS232转RS422的转换器～～然后对应著转换器上的引脚分布进行接线。另低版本的软件会导致通讯失败，请使用高版本的软体。

F930GOT-BWD-C的编程电缆PC HMI2－－－－－－－－33－－－－－－－－24－－－－－－－－6.85－－－－－－－－56.8－－－－-44400与OMRON CP1H的通讯电缆制作plc－－－－－－－－－－-hmi3 32 29 54，5短自制松下PLC(FP0)编程电缆图

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