《微计算机信息》(测控自动化)2004年第20卷第6期
ABPLC与MODBUS网络的通信
ThecommunicationbetweenABPLCandM0DBUSnetwork
摘要：介绍了应用3l0o／3l50一MCM模块实现ABP1C与
M0DBUS网络通讯的方法．该方法使用M0DBUS协议．通过
开发ABPLC的应用程序．从而实现主从结构网络通信
关键词：3lo0／3150一MCM模块；ABPLC；MODBUS；主从通
信
中图分类号：TP393．12文献标识码：A
文章编号：1008—0570(2004)06—0012—03
Abstract：Thispaperintroducestheapplicationof3100／3150一
MCMinthecommunicationbetweenABPLCandMODBUS
network．ByusingMODBUSprotocoland【kvelopingprogramof
PLC，amaster-slavestructurenetworkcanbesetup．
Keywords：3lO0，3l50一MCM；ABPLC；MoDBUS；master—
slavecolnlnunication
1引言
目前的工业控制现场大量使用了PLC和各种智能仪表用
于生产过程控制。随着控制规模的扩大和控制功能的复杂化，常
需要多台PLC及一定数量的外设仪表组成…个控制系统，
MODBUS是美国MODICON公司制订的一种串行输协
议．可实现主从命令响应型通信。作为‘种工业通信和分布式控
制系统协议．已经得到多家公司的PLC和智能仪表支持、
A—B公司(Allen—Bradley)是美国生产可编程控制器的主要
厂家之…．具有先进的通信和数据处理功能。在水处理行业中，
使用大量的可编程控制器用于生产过程控制．其中A—B公司的
PLC占了相当的比重。
由于不同硬件厂商支持不同的丁业通信和分布式控制系统
协议．要实现ABPLC与MODBUS仪表组成控制网络，实现设备
的连网，就存在着互相通信协议转换问题
3100／3150一MCM模块是PROSOFFTECHNOLOGY公司推
出的在ABPLC通用框架上安装的MODBUS通信接口模块该
模块可以实现ABPLC与MODBUS现场设备之间的通信，从而
使ABPLC通信能力得到增强．灵活实现ABPLC与MODBUS
网络的互连．完成复杂的控制要求。
本文基于自来水厂泵站集散控制系统的设计‘，着重介绍AB
公司的SLC系列的PLC通过3150一MCM模块和MODBUS网络
连接的实现方法。
2系统联网方案
自来水厂泵站集散控制系统，不仅实现…般的逻辑控制，还
具备了包括模拟量在内的数值处理和网络通信等功能。在现场
的实际应用中，系统使用的电机保护装置Sepam2000采用了
MODBUS通信协议．出于系统控制功能的需要，要求在ABPLC
中实现对MODBUS协议的支持。我们利用3150一MCM模块建立
起MODBUS设备网。
(西村水厂)曾永基
Ceng，Yongji
系统的络结构遵循MODBUS协议的规范．采用标准简单
的__1．从总线构，以PIC作为主机发起通信．多台电机保护装
置Sepam2000作为从机．各从机在进行传输之前必需要等待来
自土机的允许信号。主机可以发送和接收来自通信链上从机的
信息．而从机则始终处于被动状态．随时准备响应来自主机的通
信请求设备层部分网络结构如图1。
图1设备层拓扑结构示意图
3Sepam2000及MODBUS协议的介绍
Sepam2000作为电机保护装置．提供了所有保护、测量、控
制、通信等功能Sepam2000与远程监控系统之间的通信是采用
MODBUS协议的通信方式。
MODBUS的通信采用的是一种主／从式数据传输，在主从结构
的通信方式中．有一台主机．多台从机，主机可与各个从机作双向
通信．而各从机之间不能通信。主机与各个从机通信的报文形式为
请求／响应帧方式。每次通信均由主机发起，不需握手。主机发出请
求帧后，等待从机返回响应帧直至响应时间超时。从机只能通过提
供数据响应主饥的请求，或根据请求做出相应的动作。
MODBUS协议定义了主机请求的格式．包括：请求的编址，
要求动作的功能编码，传输数据和错误校验等。请求中的编址
(即地址码)提供接收主机报文的从机地址，从机根据地址判别
是台接受该请求。用户必须设置每台从机的地址。功能编码告诉
指定编址的从机完成什么样的动作。数据字段中包含了从机执
行仟务时所需的附加信息。例如，功能编码03表示读取从机的
保持寄存器返回其中的内容，数据区中的信息就必须告诉从
机从哪个寄存器开始读，需要读的寄存器数。错误校验字段为从
机提供了信息完整性校验的方法。同样，响应的格式也是采用
MODBUS协议结构．从机响应的功能编码与接受的请求的功能
编码相对应，数据字段包含根据请求返回的数据，错误校验字段
允许主机确认信息内容是否有效。
MODBUS协议共有24种功能编码，但是并不都适用于Sep—
am2000，实际』监用中Sepam2000只是支持下面有限的几种：
01读取牟f-；j出状态
02读取输入状态
03读取内部寄存器内容
04读取输入寄存器内容
中国自控网：hRp：l!vvwvv．autocontro1．com．ca
—l2—120元，年邮局订阅号：82．946
电话
控制系统
05强制．个输出状态
06刷新个寄彳『器内弈
07读取异常事ft状态
08诊断测试
11读取计数器和状念字
15强制多个输出状念
16刷新多个寄存器内容
如果l机希望读取2号Sepam2000从帆{奇仃器0805h一
080Ah的内容．则需要调用功能03}机if求利从机J、的lIl『{!
格式如下：
请求帧
地址功能号数据起始寄存器编址寄存器数1]错误投验，毁
03OCO5I1I](l6
响帧
字节数据寄存器数据寄仔器校地址功能号
计数(0805)(0S0a)验，段
O3OCDatalI]ata6fRfl()
如果主机希望刷新2号Sepam2000从机-}奇081Oh
的内容并把寄存器内容设置为l000．衍要调用功能06，{fJL
请求千¨从机响应的帧格式如下
请求帧：
地址功能号寄存器编址没胃ffl错误校验段
060COEl0O0CRC16
响应帧：(返回收到的请求帧)
地址功能号寄存器编址设置『fl错误校验字段
06OCOEl000CRC16
Sepam2000的帧格式以及所执行的功能部仃明确的定义，
能随意更改。在通信过程中，要确f机和从fJl的埘天系
i}确。此外，用户可以根据实际需要配置合适的传输波特卒、7
待奇偶校验、停止位的个数等通信参数设
4ABPLC中MODBUS协议的实现
1．MCM模块的通信控制
PROSOFTTECHNOLOGY公司的3100／_3150一MCM迎f寿妖
块．相当于网络接口，PLC通过MCM模块-．jMOI)BUS总线连
MCM模块能快速、可靠地在ABPLC中实现MODBUS协议
3100／3l50一MCM通信模块可供用，选择使用主帆幔式
者从机模式当MCM模块设定为机，它对连接到总线¨内从
机进行控制．支持MODBUS协议中(O1、02、03、04、05、06、15、l6)
8种功能编码．可以发送多达一百条定制的请求指令．行支”以
“广播”方式发出请求。当MCM模块指定为从机，它响士机的
请求．此时能够支持MODBUS协议中(01、02、03、04、05、06、08、
15、16)9种功能编码。同时．无论是土机模式或青是从机模式．
3100／3150一MCM通信模块都支持ASCII和RTU两种输模式
当ABPLC配置了3100／3150一MCM通信模块作为主机模
式时．PLC采用周期扫描方式．按请求指令的序与从机交换数
据。每次扫描期间．处理器使用逻辑写指令将主机内存中要输出
到各从机的数据传送到3100／3150一MCM通信模块中的发送缓
冲区．模块根据存储的功能指令．发送纠指定的从机；各从机
响应后返回的数据．3100／3150一MCM通信模块将其先存放侄接
收缓冲区．然后PLC使用逻辑读指令把数据移入卡}{的输入数
据存储区周而复始．使主机与从机中的数据得剑周期t的删
’1川～PI(指令MCM缓冲MCMMODBUS
f2MCM模块数据流程示意图
!．MCM摸：MODBUS的硬件连接
MCM模块他用的是与RS232C兼容的标准通讯接口．但在
J·}-由要实现多点通信，所以采用RS485方式。图3
足3150一MCM块9芷=串行口与MODBUS的连接图
31卜MCM
冬】33150-MCM端口~MQDBUS连接示意图
3，MCM模块的缓冲区管理
PIC_LJMCM模块之间是通过模块输入输出映像文件进行
数据传送PIC。j数据时．将数据写入输出映像文件．然后3100／
3150一MCM通信模块把数据映射到相应的缓冲区位置上：PLC
读数时，根据射地址．从输入映像文件中读取模块缓冲区中
对f、地址的数扔映像文件的数据传送单化为‘个50字节的数
槲块．PLC必须循环地‘次传送一个数据块、
MCM把缓冲按数据传送的单位大，j、．分为若干个块。并
J‘弓．J1]块对起来．并且划分为=t个区。分别用于数据、
指令、参数设置数据存储区从0块号开始，结束于79块号，中间
仃4000个宁节的-．用于存储接收的数据和发送的数据，是主
机、从机交换数据的场所：指令存储区从第8O块至第99块，共
l000个宁，用存储土机模式下，模块的功能指令表，每次扫描，
顺宁按功能指令列表向从机发出请求帧；第255块号前4O个字节
fJllJ1j定义为模块设置参数存储区，用于初始化模块。
在通信过中．首先要对主机进行初始化．即对第255块号
对的缓泔内容进行参数配置．主要是定义通信端口的设置，
模块缓冲的许细划分设置的宵以下参数：
(1>定义MCM通信模块两个独立的通讯接口设置。包括：
选扦l：机模式或者从机模式、定义字符奇偶校验、停止位的个
数．传输的波特车，响应延时等参数。
<2)定义械块的缓冲【X中存储接收数据的数据存储区。包
括：接收数据存储区的起始块号，存储区的连续块数。
(3)定义块的缓冲区中存储发送数据的数据存储区。包
括：发送数据存储区的起始块号，存储区的连续块数。
<4)定义模块的缓冲区中指令存储区。由于指令存储区固定
从8O号数据块FF始，所以只需指定存储区的块数：
4．MCM模块的功能指令设胃
MCM模块处于主机模式下时．功能指令列表存放在模块缓
冲中的指令储区主机向从机发出请求时，模块从指令存储
区逐条读出功能指令．并按照MODBUS请求帧格式发送数据。
指令存储：中每条功能指令的具体内容如下：
／n＼中国自控网·http：／／www，autocontro1．cn
国自控闻邮局订阅号
：82-；i；120元／年一13～
+一一
《微计算机信息》(测控自动化)2004年第20卷第6期
l模块通信端口选择
从机的站地址。从机在接收数据时将本站编址的值与收到的站
地址比较，以此判定信息是否是发给本站的。而主机住接收时
则将收到的站地址与发送的站地址比较，以判断是否是ni确的
从机响应
3指令的功能编码
4源地址。即主机要发送或接收的数捌在缓冲区巾的起始数据地
址
0数据长度。即主机要发送或接收的数据的字节数
6目的地址。即从机要接收或响应的数据的寄存器地址
数据的类型。用于标不读、写的数据是叔字节的浮点数还是单
字节的整数
8轮询时间
如果主机希望在1号通讯接口读取2U-Sepam2000从机中
寄存器0805h一080Ah的内容并存放到模块缓冲第5O个字节
丌始的连续6个字节中．功能指令内容如
端口号l从机地址II力能编码I源地址I数据长度1目的地址1类型时间
lzlsl50I。lsl。O
5．ABPLC通讯程序的开发
程序执行时．在第一个扫描周期，都必须设胃MCM的状
态，即初始化MCM模块。
通信程序中．PLC在输入、输出映像文件中为MCM缓冲
设置当前以及后续读写指针．分别指向当前MCM缓冲数据
块号．后续缓冲区数据块号。若MCM处数据送允许状态，
即I1：1／0：1，00：1／0：0时．PLC判别当前读写指针，调用卡}If
读写逻辑指令。如果指针指向接收数据的数据存储，【J!IJPLC
从MCM模块中接收数据；如果指针指向发送数据的数据存储
区．则PLC向MCM模块发送数据：如果指针指向指令存储，
则PLC向MCM模块传送功能指令每次执行个数块的传
送．并在传送后．把后续读写指针‘覆盖当前读写指针，从而存：卜
个扫描周期进行下一个数据块的传送PLC自动周期性{1]描，按
照编定的功能指令向从机的输入／输出数据进行发送／接收．以
满足数据传输的要求。
根据PLC的逻辑指令及MCM的通信原理．画出了4所
示的主机通信程序结构框图。
图4PLC程序框图
5结束语
经过现场调试，实现了1台ABPLC与13台SEPAM2000
组成的MODBUS网络连接。实际应用证明．这种方式组成的系
统结构简，f世用方便，能满足复杂的控制需要。
参考文献
[113100／3150MCMUSERManual，ProSoflTechnology，1997．
[2]ABPLCProgrammingReferenceManua1．AB。1997．
[3]Sepam2000(；ommunicationprotocol，Schneider，1999．
作者简介：曾永基：(1975．3～)，男，广东省台山市人。1998年毕
f华南理]．久学自动控制专业。现在广州市自来水公司工作．
土要从事水处理行业自动控制系统的设计开发工作。E—mail：
ira2000@21CBcon1．电话：13189028145
(510160广东省广州市环市西路水厂路3号西村水厂)曾永基
f收稿日期：2003．12．11)
(接第94页)更高的要求。在这种形式_卜，要提高开发的效率，必
须采用IP复用技术来进行大规模FPGA的开发设计。
IP即知识产权(IntellectualProperty)，是预先设计好的电路
功能模块。IP核可以分为软核．硬核和固核。软核是用RTL级或
门级HDL描述的功能模块，软核不涉及具体的硬件实现。硬核
是结合特定的工艺参数经过电路布局布线后的设计。而固核则
是介丁硬核车lI软核之间的IP，是完成了综合的功能块．它允许
用户重新设定关键性能参数。大多数的FPGA厂商都有自己的
IP晖，这些库往往是谁它们的开发工具一起提供的。随着IP产
业的发展．一大批IP的专业开发公司不断开发出新的高性能的
IP模块，因此，IP资源应该是相当丰富的。当我们采用自顶向下
的方式进行人规模FPGA开发的时候，为了提高开发的效率．应
该优先考虑将各个功能模块用现成的IP模块来实现．因为这些
IP模块的功能是经过验证的．从而可以人大的节省开发时间．
同时提高系统的性能。如果采用传统的设计方法．是很难在较短
的时间内设出高性能的大规模FPGA应用系统的。
参考文献：
【1】F国，周端．高性能低功耗微控制器IP软核设计综述．计算机应用
与研究第二期2003
f21夏宁闻．复杂数字电路与系统的VerilogHDL设计技术．北京：北京航
空航天夫学出版社．1998．
作者简介：袁奉荣(1980．3．12一)，男，-7义族，湖北石首人，北京理工
人学计算机科学与工程系计算机软件应用专业硕士研究生，主
要研究方向：模式识别、图像处理；E—maihybr312．student@sina．
(．om：于机：13810364226；>~J万春(1949一)，男，河北栾县人，教授，
{l要研究方¨：图像分析与理解、数据挖掘。贾云得(1962一)，男，
l“西人同人．敦授．博士生导师，主要研究方向：人工智能、计算
机觉、人机交互技术；朱玉文(1950一)，女，四川邛崃人，副教
授．上要研究方向：图像分析与理解；
Authorbriefintroduction：Yuan，Benrong，Mar．12，l980，theHan
natinnality．nitiveplaceofShishoucity，Hubeiprovince，Dept．of
C()mputerScienceandEngineer．schoolofBeijingInstituteof
Technology．majorofComputerApplication，MasterDegree，re—
searchfieldofPatternRecognitionandimageprocess．
r100081北京理工大学计算机科学工程系2001级硕士1
班)袁本荣刘万舂贾云得朱玉文
(DepartmentofComputerScienceandEngineering，Beijing
InstituteofTechnology，Beijing100081，China)Yuan，Ben-
rongLiu，VCanchunJia，YundeZhu，Yuwen
f收稿日期：2003．12．2)
中国自控网：http：／／www．autocontro1．com．ca
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电话
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