項(xiàng)目1認(rèn)識(shí)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)2025/7/2313:33目錄1.1項(xiàng)目描述 1.2知識(shí)準(zhǔn)備 1.3操作任務(wù)

認(rèn)識(shí)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)思考題2025/7/2313:331.1項(xiàng)目描述

1.項(xiàng)目目標(biāo)（1） 了解工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的概念

（2） 了解工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展概況

（3） 學(xué)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)總線的基本知識(shí)

（4） 學(xué)習(xí)集散控制系統(tǒng)的基本知識(shí)

（5） 了解實(shí)訓(xùn)室設(shè)備型號(hào)和功能1.1項(xiàng)目描述2.實(shí)踐環(huán)境

表1.1實(shí)訓(xùn)平臺(tái)設(shè)備列表設(shè)備名稱型號(hào)總線類型可編程控制器TM241CEC24TModbus總線(端子和RJ45口)；Ethernet/IP總線（RJ45口）；CANopen總線（端子）觸摸屏HMIGXU3512Modbus總線(DP9接口)；Ethernet/IP總線（RJ45口）；變頻器ATV320U04M2CModbus總線(端子和RJ45口)；Ethernet/IP總線（RJ45口）；伺服驅(qū)動(dòng)器LXM28AU01M3XModbus總線(端子和RJ45口)；Ethernet/IP總線（RJ45口）；CANopen總線（端子）Zigbee網(wǎng)關(guān)ZBRN1Modbus總線(RJ45口)；工業(yè)交換機(jī)TCSESU083FN0Ethernet/IP總線（RJ45口）；邊緣網(wǎng)關(guān)ComxBox-INDModbus總線(端子)；Ethernet/IP總線（RJ45口）；工控機(jī)HMIRXOHCA3001Ethernet/IP總線（RJ45口）；三層交換機(jī)S5008PV2-EIEthernet/IP總線（RJ45口）；硬件防火墻USG6101-ACEthernet/IP總線（RJ45口）；2025/7/2313:331.2知識(shí)準(zhǔn)備

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)這一概念已深入人類社會(huì)的方方面面，比如民用領(lǐng)域的電信網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等，可以說目前所處的信息時(shí)代就是以網(wǎng)絡(luò)為核心的。同民用領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)類似，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)也是一個(gè)由諸多節(jié)點(diǎn)和連接節(jié)點(diǎn)的鏈路構(gòu)成的系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)之間的信息通過鏈路傳輸來完成交換。

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)包括工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的元件、儀表、裝置、設(shè)備等，鏈路既包括硬件，如線纜、發(fā)射器、接收器、連接器等，也包括軟件，如接口程序、傳輸協(xié)議等，信息則是工業(yè)領(lǐng)域里特有的各種控制命令、狀態(tài)、數(shù)據(jù)等。2025/7/2313:33一、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展1、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)概念工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)是近年來發(fā)展形成的自控領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)與自控技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。適應(yīng)了企業(yè)信息集成系統(tǒng)、管理控制一體化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)與需要。工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)；生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)集成式控制系統(tǒng)。是IT技術(shù)在自控領(lǐng)域的延伸;自控領(lǐng)域的IT技術(shù)。2025/7/2313:33一、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展2、控制網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：計(jì)算機(jī)、工作站、打印機(jī)、顯示終端控制網(wǎng)絡(luò)：除了以上設(shè)備之外，還有PLC、數(shù)字調(diào)節(jié)器、開關(guān)、馬達(dá)、變送器、閥門、按鈕等。為內(nèi)嵌有CPU、單片機(jī)或其它專用芯片的設(shè)備，或功能簡單的非智能設(shè)備工作環(huán)境：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：辦公室控制網(wǎng)絡(luò)：工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，酷暑嚴(yán)寒、粉塵、電磁干擾、震動(dòng)、易燃易爆環(huán)境（本質(zhì)安全），總線供電的需求任務(wù)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：傳輸文件、圖象、話音等。許多情況下有人參與?？刂凭W(wǎng)絡(luò)：傳輸工業(yè)數(shù)據(jù)（圖象），承擔(dān)自動(dòng)測(cè)控任務(wù)。許多情況下要求自動(dòng)完成1.2知識(shí)準(zhǔn)備2、控制網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別特點(diǎn):實(shí)時(shí)性、可靠性的要求高；數(shù)據(jù)幀包含的字節(jié)數(shù)少控制網(wǎng)絡(luò)是一類特殊的網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于離散、連續(xù)制造業(yè)，交通、樓宇、家電、以至農(nóng)、林、牧、漁等各行各業(yè)。因此：工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)是：以具有通信能力的傳感器、執(zhí)行器、測(cè)控儀表作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、以現(xiàn)場(chǎng)總線作為通信介質(zhì)，連接成開放式、數(shù)字化、多節(jié)點(diǎn)通信，從而完成測(cè)量控制任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用于企業(yè)信息系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制層和過程監(jiān)控層的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，屬于一種特殊類型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)特別強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾浴⒖煽啃院蛯?shí)時(shí)性。2025/7/2313:33一、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展3、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)是控制網(wǎng)絡(luò)，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)萌芽于生產(chǎn)線儀表與控制室計(jì)算機(jī)的互聯(lián)，興盛于現(xiàn)場(chǎng)總線，再度發(fā)展于工業(yè)以太網(wǎng)。20世紀(jì)50年代以前，由于生產(chǎn)規(guī)模小、檢測(cè)控制技術(shù)尚處于發(fā)展階段，要測(cè)控設(shè)備的狀態(tài)和生產(chǎn)過程，采用的是生產(chǎn)設(shè)備上安裝氣動(dòng)儀表、操作人員現(xiàn)場(chǎng)巡視儀表的方式。安裝儀表的測(cè)控位置稱為測(cè)控點(diǎn)，由于儀表的信息僅顯示于自身的表盤上，一般不對(duì)外傳輸，測(cè)控點(diǎn)都是封閉狀態(tài)。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，操作人員不僅要獲得多個(gè)測(cè)控點(diǎn)的信息，而且要根據(jù)測(cè)控信息實(shí)行操作控制，于是出現(xiàn)了氣動(dòng)電動(dòng)單元組合式儀表和集中控制室，測(cè)控點(diǎn)的信息以模擬信號(hào)（如0.002～0.01MPa的氣壓信號(hào)、0～10mA的直流電流信號(hào)、1～5V的直流電壓信號(hào)等）的方式傳輸?shù)郊锌刂剖?，操作人員在集中控制室內(nèi)的控制盤上獲得設(shè)備和生產(chǎn)過程狀態(tài)，并進(jìn)行相應(yīng)的操作控制。2025/7/2313:33一、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展模擬量信號(hào)的傳輸需要一對(duì)一的物理連接，信號(hào)變化緩慢，無法提高測(cè)控的實(shí)時(shí)性和精度，并且傳輸過程中抗干擾能力差，逐漸被數(shù)字信號(hào)取代，形成了最初的現(xiàn)場(chǎng)總線，此時(shí)數(shù)字計(jì)算機(jī)已開始應(yīng)用于自動(dòng)化系統(tǒng)，用一臺(tái)計(jì)算機(jī)替代集中控制室原有的全部儀表盤，就是集中數(shù)字控制系統(tǒng)，然而，此時(shí)數(shù)字計(jì)算機(jī)可靠性還不高，一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，則所有控制回路將全部癱瘓，導(dǎo)致停產(chǎn)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，不僅使計(jì)算機(jī)本身可靠性得以提高、成本得以降低，而且催生了數(shù)字調(diào)節(jié)器、可編程邏輯控制器（PLC）及DCS系統(tǒng)。DCS即分布式控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem），國內(nèi)也稱之為集散控制系統(tǒng)，興起于20世紀(jì)70年代末80年代初，是采用模擬儀表、以數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。DSC是模擬和數(shù)字混合系統(tǒng)，功能和性能上較模擬儀表系統(tǒng)和集中數(shù)字控制系統(tǒng)都有很大進(jìn)步，但是受計(jì)算機(jī)系統(tǒng)早期存在系統(tǒng)封閉缺陷的影響，各DCS產(chǎn)品自成系統(tǒng)不能互聯(lián)，難以實(shí)現(xiàn)互換互操作。2025/7/2313:33一、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展從DCS開始，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被引入工業(yè)控制領(lǐng)域，現(xiàn)場(chǎng)總線的概念也從最初的“現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間公用的信號(hào)傳輸線”轉(zhuǎn)變成“應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的技術(shù)”，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展，促使20世紀(jì)90年代出現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS（FieldbusControlSystem）。FCS克服了DCS系統(tǒng)封閉的缺陷，將來自不同廠家但遵守同一協(xié)議規(guī)范的自動(dòng)化設(shè)備通過現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)連接成系統(tǒng)，同時(shí)把PID等基本控制功能從DCS的集中控制室下放到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，并且摒棄了模擬儀表，全部數(shù)字化。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)NCS（NetworkedControlSystem）是20世紀(jì)90年代提出的概念，它是指分散在不同位置的傳感器、控制器和執(zhí)行器通過串行實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)連接組成的閉環(huán)控制回路。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是將閉環(huán)控制回路分散在串行總線上，通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)來完成控制功能，網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備，包括傳感器、控制器、執(zhí)行器等，都看作一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間通過網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)時(shí)或者非實(shí)時(shí)信息。FCS著重點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)或者非實(shí)時(shí)信息的傳輸和共享，而NCS強(qiáng)調(diào)在串行實(shí)時(shí)總線上建立閉環(huán)控制回路，從這一點(diǎn)上看，NCS對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性要求更高，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也更加分散化。一、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展4、工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)工業(yè)數(shù)據(jù)通信在測(cè)量、控制設(shè)備的各功能單元之間、設(shè)備與設(shè)備之間、以及這些設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間傳遞數(shù)據(jù)信息的過程。工業(yè)數(shù)據(jù)通信:多個(gè)工業(yè)控制設(shè)備之間二進(jìn)制數(shù)據(jù)的交換過程；它區(qū)別于電話、電報(bào)通信，也有別于計(jì)算機(jī)通信工業(yè)數(shù)據(jù)通信的內(nèi)容生產(chǎn)裝置運(yùn)行參數(shù)的測(cè)量值、控制量、閥門的工作位置開關(guān)狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)設(shè)備的資源信息與維護(hù)信息、零點(diǎn)量程調(diào)校信息系統(tǒng)組態(tài)、參數(shù)修改信息等

一、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展4、控制系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求

工業(yè)數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的測(cè)量控制系統(tǒng)在設(shè)備間一對(duì)一的并行連線，即點(diǎn)到點(diǎn)布線傳送模擬信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)：一對(duì)導(dǎo)線上可掛接多個(gè)傳感器、執(zhí)行器、開關(guān)、按鈕，控制設(shè)備等，總線是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間數(shù)字信號(hào)的傳輸介質(zhì)，成為數(shù)字信息的公共傳輸通道控制網(wǎng)絡(luò)（現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)）按網(wǎng)絡(luò)連接方式構(gòu)建數(shù)據(jù)通道，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的串行傳輸，形成數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模。三、兩個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的簡單系統(tǒng)成千上萬臺(tái)設(shè)備的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)一個(gè)汽車組裝生產(chǎn)線可能有多達(dá)25萬個(gè)I/O點(diǎn)石油煉制過程的一個(gè)普通裝置也會(huì)有上千臺(tái)測(cè)量控制設(shè)備一、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展5、工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)工業(yè)數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)開放性、互可操作性、通信的實(shí)時(shí)性、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性開放性：通信協(xié)議公開，能與任一遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其它廠商設(shè)備互連為系統(tǒng)互可操作性：互連設(shè)備間的信息傳送與溝通；互用：不同生產(chǎn)廠家性能類似的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)相互替換通信的實(shí)時(shí)性：具有嚴(yán)格的時(shí)序和定時(shí)要求。達(dá)不到實(shí)時(shí)性要求或因時(shí)間同步等問題影響了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的動(dòng)作時(shí)序，甚至?xí)斐蔀?zāi)難性的后果。環(huán)境適應(yīng)性：在高溫、嚴(yán)寒、粉塵等惡劣環(huán)境下能正常工作，能抗震動(dòng)、抗電磁干擾、在易燃易爆環(huán)境下能保證本質(zhì)安全，有能力支持總線供電等二、現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)1、現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線（FieldBus）誕生于20世紀(jì)70年代末，最初是指現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間公用的信號(hào)傳輸線。根據(jù)國際電工委員會(huì)IEC1158，現(xiàn)場(chǎng)總線定義為：“安裝在找找火鍋城區(qū)與的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線”?，F(xiàn)場(chǎng)總線是一項(xiàng)以數(shù)字通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)，在離散制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓宇、國防、環(huán)境保護(hù)等各行業(yè)的自動(dòng)化系統(tǒng)中都有著廣泛的應(yīng)用，是自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，一直備受關(guān)注，諸多具有國際影響力的自動(dòng)化公司和企業(yè)都在不同程度上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和產(chǎn)品的開發(fā)，并且有多個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。二、現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)1、現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線（FieldBus）誕生于20世紀(jì)70年代末，最初是指現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間公用的信號(hào)傳輸線。根據(jù)國際電工委員會(huì)IEC1158，現(xiàn)場(chǎng)總線定義為：“安裝在找找火鍋城區(qū)與的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線”?，F(xiàn)場(chǎng)總線是一項(xiàng)以數(shù)字通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)，在離散制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓宇、國防、環(huán)境保護(hù)等各行業(yè)的自動(dòng)化系統(tǒng)中都有著廣泛的應(yīng)用，是自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，一直備受關(guān)注，諸多具有國際影響力的自動(dòng)化公司和企業(yè)都在不同程度上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和產(chǎn)品的開發(fā)，并且有多個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。二、現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)2.工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線的蓬勃發(fā)展使得現(xiàn)場(chǎng)總線種類一度達(dá)到40余種，種類繁多并且互不兼容，而控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)是更為開放、更為透明，需要能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一、高效、實(shí)時(shí)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，工業(yè)以太網(wǎng)就是適應(yīng)這一需要而迅速發(fā)展起來的。簡單的說，工業(yè)以太網(wǎng)在技術(shù)上與商用以太網(wǎng)（IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)）兼容，但在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強(qiáng)調(diào)、適用性及實(shí)時(shí)性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質(zhì)安全等方面能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需要。目前工業(yè)以太網(wǎng)主要還是應(yīng)用在控制級(jí)及其以上的各級(jí)，測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)仍然采用現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線，一方面是全面替代現(xiàn)有現(xiàn)場(chǎng)總線的成本壓力，另一方面是工業(yè)以太網(wǎng)還要解決應(yīng)用層的三個(gè)問題：實(shí)時(shí)通信、用于系統(tǒng)組態(tài)的對(duì)象、用于工程模型的應(yīng)用協(xié)議。但隨著以太網(wǎng)傳輸速率的提高和以太網(wǎng)交換技術(shù)的發(fā)展，相信這些問題的解決指日可待，有朝一日工業(yè)以太網(wǎng)必將全面應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。二、現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)3.現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展過程20世紀(jì)70年代，為了解決不同設(shè)備之間的互聯(lián)，有些軟件公司開發(fā)出一些特殊的專用網(wǎng)絡(luò)，這被視為現(xiàn)場(chǎng)總線的起點(diǎn)。20世紀(jì)80年代中期出現(xiàn)了Interbus、Sensoplex、P-NET、PROFIBUS以及CAN等總線。由于采用現(xiàn)場(chǎng)總線將使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)安裝費(fèi)用減少并且易于維護(hù)，用戶可以自由選擇不同廠商、不同品牌的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成等一系列的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)越來越受到重視，現(xiàn)場(chǎng)總線種類一度達(dá)到40余種。1999年底，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158獲得通過，共有8種總線被納入IEC61158標(biāo)準(zhǔn)，它們是：基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF），ControlNet，Profibus，PNET，F(xiàn)FHSE（FF高速以太網(wǎng)協(xié)議），SwiftNet，WorldFIP，Interbus。此外，德國Bosch公司推出的CAN總線成為ISO11898的標(biāo)準(zhǔn)，還有幾種現(xiàn)場(chǎng)總線盡管未能成為國際標(biāo)準(zhǔn)，仍然得到了一定的應(yīng)用，如：HART，Lonworks，CCLink，DeviceNet等。隨著IT不斷向工業(yè)領(lǐng)域滲透，以太網(wǎng)（Ethernet）成為新的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，2007年第四版的IEC61158標(biāo)準(zhǔn)的頒布，總線協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)增加到20種，其中有近一半基于以太網(wǎng)技術(shù)。表1.1列出的是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域常見的現(xiàn)場(chǎng)總線。表1.1常見現(xiàn)場(chǎng)總線名稱相關(guān)組織相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要應(yīng)用領(lǐng)域基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)IEC61158流程工業(yè)PROFIBUS

IEC61158制造業(yè)自動(dòng)化、過程控制自動(dòng)化、電力系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)化、鐵路交通LonWorks

樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、工業(yè)過程控制CANCiAISO11898汽車電子系統(tǒng)、制造業(yè)自動(dòng)化、過程控制自動(dòng)化、電力系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)化、航天CANopenCiAISO11898制造業(yè)自動(dòng)化、鐵路自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、汽車及交通DeviceNetODVAIEC62026制造業(yè)自動(dòng)化InterBusInterbusClubIEC61158JB/TIO308.8制造業(yè)自動(dòng)化、汽車工業(yè)、倉儲(chǔ)Modbus

IEC61158制造業(yè)自動(dòng)化、過程控制自動(dòng)化、電力系統(tǒng)SERCOS

IEC61158IEC/EN61491伺服系統(tǒng)EtherNet/IPODVA

制造業(yè)自動(dòng)化三、集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)又稱分布式控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem，簡稱DCS）。集散系統(tǒng)是一個(gè)由過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。是計(jì)算機(jī)技術(shù)(Computer)、通信技術(shù)(Communication)、圖形顯示技術(shù)(CRT)、控制技術(shù)(Control)(簡稱4C技術(shù))相融合的產(chǎn)物。主要特點(diǎn)：集中管理、分散控制。DCS是縱向分層、橫向分散的大型綜合控制系統(tǒng)。自下而上分為：現(xiàn)場(chǎng)級(jí)、控制級(jí)、監(jiān)控級(jí)和管理級(jí)；四個(gè)不同的層次對(duì)應(yīng)四層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，分別是：現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)Fnet(FieldNetwork)、控制網(wǎng)絡(luò)Cnet(ControlNetwork)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)Snet(SupervisionNetwork)、管理網(wǎng)絡(luò)Mnet(ManagementNetwork)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。三、集散控制系統(tǒng)圖1.2典型DCS系統(tǒng)三、集散控制系統(tǒng)1.現(xiàn)場(chǎng)級(jí)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的設(shè)備是位于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備，主要有傳感器、變送器和執(zhí)行器；主要功能是將生產(chǎn)過程中的各種物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并向上層輸送，或?qū)⒖刂破鬏敵龅目刂菩盘?hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移，帶動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的控制?，F(xiàn)場(chǎng)級(jí)的信息傳遞方式有傳統(tǒng)的4～20mA模擬量傳輸方式、現(xiàn)場(chǎng)總線的全數(shù)字量傳輸方式以及在4～20mA模擬量信號(hào)上，疊加上調(diào)制后的數(shù)字量信號(hào)的混合傳輸方式等。目前，現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的信息傳遞方式向著以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的全數(shù)字傳輸方向發(fā)展。2.控制級(jí)控制級(jí)包括過程控制站和數(shù)據(jù)采集站。主要設(shè)備有控制器和數(shù)據(jù)輸入/輸出設(shè)備?？刂茩C(jī)的主要功能是接收由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（如傳感器、變送器）送來的信號(hào)，并進(jìn)行一些必要的轉(zhuǎn)換和處理，送到分散型控制系統(tǒng)，或者按照一定的控制策略計(jì)算出所需的控制量，控制現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行器。三、集散控制系統(tǒng)3.監(jiān)控級(jí)監(jiān)控級(jí)包括運(yùn)行員操作站、工程師工作站和計(jì)算站。主要硬件設(shè)備有計(jì)算機(jī)及相關(guān)外設(shè)；主要功能：作為運(yùn)行人員監(jiān)視和控制整個(gè)生產(chǎn)過程的人機(jī)接口、控制工程師用來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置、組態(tài)、調(diào)試、維護(hù)，對(duì)設(shè)計(jì)文件歸類、整理等工作，以及完成控制過程中復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算。4.管理級(jí)管理級(jí)有廠級(jí)管理計(jì)算機(jī)或是若干個(gè)機(jī)組的管理計(jì)算機(jī)。其使用者一般是廠長、經(jīng)理、總工程師、值長等行政管理或運(yùn)行管理人員。主要任務(wù)：監(jiān)測(cè)企業(yè)各部分的運(yùn)行情況，利用歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)可能發(fā)生的各種情況，從企業(yè)全局利益出發(fā)輔助企業(yè)管理人員進(jìn)行決策，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)其規(guī)劃目標(biāo)。四、OSI參考模型OSI參考模型是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）制訂的開放系統(tǒng)互連參考模型（OpenSystemInterconnection，OSI），目的是為了實(shí)現(xiàn)不同制造商生產(chǎn)的設(shè)備之間能夠互聯(lián)互通。OSI參考模型將開放系統(tǒng)的通信功能劃分為7個(gè)層次，各層次的協(xié)議細(xì)節(jié)由各層次獨(dú)立進(jìn)行，這樣一旦引入新技術(shù)或者提出新的業(yè)務(wù)要求時(shí)，可以把因功能擴(kuò)充或變更帶來的影響限制在直接有關(guān)的層次內(nèi)。OSI參考模型的原則是將相似的功能集中在同一層次內(nèi)，每個(gè)層次僅對(duì)相鄰的上下層定義接口。

四、OSI參考模型OSI參考模型如圖1.3所示，自底向上依次為：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。通常將物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層稱為底層功能，即通信傳送功能；傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層稱為高層功能，即通信處理功能?；ミB的兩個(gè)開放系統(tǒng)中相同層次之間的通信規(guī)約稱為通信協(xié)議。圖1.3OSI參考模型四、OSI參考模型1）物理層物理層是開放系統(tǒng)中利用物理傳輸介質(zhì)實(shí)現(xiàn)物理連接的功能描述和執(zhí)行連接的規(guī)程，提供用于建立、保持和斷開物理連接的機(jī)械、電氣、功能和條件。物理層規(guī)定了與網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)連接的機(jī)械和電氣特性，如何把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為在通信鏈路上傳輸?shù)男盘?hào)，包括節(jié)點(diǎn)與傳輸線路的連接方式、連接器尺寸與排列、數(shù)據(jù)流傳輸?shù)姆较?、?shù)據(jù)如何通過信號(hào)表示、如何區(qū)分信號(hào)的“0”“1”狀態(tài)等。2）數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層用于數(shù)據(jù)鏈路的建立、維持和拆除，實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)傳輸。前文介紹的總線仲裁、同步控制、錯(cuò)誤校驗(yàn)等都屬于這一層的功能，此外數(shù)據(jù)鏈路層還要實(shí)現(xiàn)流量控制，使數(shù)據(jù)的發(fā)送速率不大于接收節(jié)點(diǎn)的接收能力，防止因接收緩沖能力不足造成報(bào)文溢出。四、OSI參考模型3）網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)連接的建立、維持和拆除的協(xié)議。它的主要功能是利用數(shù)據(jù)鏈路層所提供的功能，通過網(wǎng)絡(luò)連接，將數(shù)據(jù)包從發(fā)送節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)浇邮展?jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)分組轉(zhuǎn)發(fā)和路由選擇。所謂路由選擇，即網(wǎng)絡(luò)中如果存在多于一條的路徑時(shí)，通過路由選擇，選擇出最佳路徑。網(wǎng)絡(luò)層還實(shí)現(xiàn)了邏輯尋址，并將邏輯尋址轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的物理尋址。常見的路由器就是屬于網(wǎng)絡(luò)層功能的設(shè)備。4）傳輸層傳輸層完成收發(fā)之間的數(shù)據(jù)傳送控制，在源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)之間提供端到端的可靠傳輸服務(wù)，保證整個(gè)信息無差錯(cuò)、按順序地到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。傳輸層將要傳輸?shù)男畔⒎殖善?，加上順序編?hào)，或稱為分段號(hào)，便于這些片段在接收端重新組成完整的信息。傳輸層還負(fù)責(zé)處理包括端口地址報(bào)文，以便將所傳輸?shù)膱?bào)文與目的節(jié)點(diǎn)上的制定程序入口聯(lián)系起來。四、OSI參考模型5）會(huì)話層會(huì)話層是網(wǎng)絡(luò)通信的會(huì)話控制器，負(fù)責(zé)會(huì)話管理與控制，包括建立、驗(yàn)證會(huì)話雙方的連接、維護(hù)通信雙方的交互操作、控制數(shù)據(jù)交換方向等，其功能如同一個(gè)會(huì)議的主持人。6）表示層表示層實(shí)現(xiàn)交換數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換，在發(fā)送端將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成收發(fā)雙方都可以接受的傳輸格式，在接收端再將這種格式轉(zhuǎn)換成接收者使用的格式。也可用于把應(yīng)用層的信息轉(zhuǎn)換成能夠共同理解的形式，通過對(duì)不同控制碼、數(shù)據(jù)字符的解釋，是收發(fā)雙方對(duì)傳輸內(nèi)容的理解一致。表示層還負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的加密解密。表示層僅對(duì)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而不會(huì)改變內(nèi)容。7）應(yīng)用層應(yīng)用層的功能是實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用程序之間的信息交換，為用戶提供網(wǎng)絡(luò)訪問接口，提供如文件傳輸訪問與管理、郵件服務(wù)、虛擬終端等功能。操作任--務(wù)認(rèn)識(shí)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)任務(wù)要求了解工業(yè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)；對(duì)照表1.1實(shí)訓(xùn)平臺(tái)設(shè)備列表，認(rèn)識(shí)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，查閱資料，學(xué)習(xí)該型號(hào)設(shè)備的基本功能，并用語言正確描述。1.相關(guān)名詞（1）IT：這里指的是信息技術(shù)（InformationTechnology，IT），信息技術(shù)涵蓋的范圍很廣，主要包括：現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊等信息領(lǐng)域的技術(shù)。（2）OT：這里指的是操作技術(shù)(OperationTechnology，OT），OT是工廠內(nèi)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)操作專員為自動(dòng)化控制系統(tǒng)提供支持，確保生產(chǎn)正常進(jìn)行的專業(yè)技術(shù)。操作任--務(wù)認(rèn)識(shí)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)1.相關(guān)名詞（3）OT網(wǎng)絡(luò)：OT網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備都通過二層交換機(jī)連接到一起。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)采網(wǎng)關(guān)通過ModbusRTU協(xié)議掛到以太網(wǎng)，用來采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)。Zigbee網(wǎng)關(guān)也通過ModbusRTU協(xié)議掛到以太網(wǎng)，用來采集無線按鈕的信號(hào)。PLC是OT網(wǎng)絡(luò)的大腦，通過ModbusRTU協(xié)議掛到以太網(wǎng)，PLC是整個(gè)工廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心，所有的執(zhí)行機(jī)構(gòu)都可以通過PLC編程控制。PLC通過以太網(wǎng)（Ethernet/IP協(xié)議）或者RS485（ModbusRTU）控制變頻器然后拖動(dòng)變頻電機(jī)運(yùn)行，通過現(xiàn)場(chǎng)總線（Canopen協(xié)議）控制兩套伺服電機(jī)系統(tǒng)組成的XY坐標(biāo)系平臺(tái)運(yùn)行。而觸摸屏通過以太網(wǎng)（ModbusTCP協(xié)議）連接到PLC，作為操作人員和PLC的人機(jī)交互平臺(tái)。（4）IT網(wǎng)絡(luò)：IT網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備通過三層交換機(jī)連接到一起。安裝了SCADA軟件的工控機(jī)，通過OPCUA實(shí)現(xiàn)對(duì)OT網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集。其它生產(chǎn)車間的數(shù)據(jù)也可以通過這種方式連接到三層交換機(jī)，三層交換機(jī)具備硬件防火墻，它是保障內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)安全的一道重要屏障，工業(yè)App通過Internet訪問整個(gè)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)。操作任--務(wù)認(rèn)識(shí)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)2.工業(yè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)如圖1.4所示，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖展現(xiàn)了一個(gè)完整工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)由左側(cè)的傳統(tǒng)的OT網(wǎng)絡(luò)和右側(cè)的IT網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，兩個(gè)系統(tǒng)通過二層交換機(jī)和三層交換機(jī)聯(lián)通到一起。該平臺(tái)的設(shè)備見表中1.1。操作任--務(wù)認(rèn)識(shí)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)圖1.4工業(yè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

思考題11.根據(jù)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)圖（圖1.4），找出實(shí)訓(xùn)設(shè)備上的相應(yīng)設(shè)備（表1.1），查找每一個(gè)部件的通訊端口位置，理解他們的通訊類型。2.根據(jù)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)（圖1.1）的理解，在實(shí)訓(xùn)平臺(tái)上找出企業(yè)外部網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)，工廠內(nèi)部IT網(wǎng)絡(luò)和工廠內(nèi)部OT網(wǎng)絡(luò)，從而理解工業(yè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。3.對(duì)照表1.1實(shí)訓(xùn)平臺(tái)設(shè)備列表，在實(shí)訓(xùn)平臺(tái)上指認(rèn)所有設(shè)備，觀察設(shè)備的接線端子（端口），說明各個(gè)端子（端口）的功能以及通信標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。項(xiàng)目2

Modbus總線協(xié)議應(yīng)用目錄2.1項(xiàng)目描述2.2知識(shí)準(zhǔn)備2.3任務(wù)1用PLC控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)2.4任務(wù)2觸摸屏應(yīng)用2025/7/2313:332.1項(xiàng)目描述1.項(xiàng)目目標(biāo)（1） 學(xué)習(xí)Modbus總線協(xié)議（2） 了解系統(tǒng)的基本構(gòu)成（3） 熟悉SoMachine軟件平臺(tái)（4） 學(xué)習(xí)兩種PLC和ATV變頻器Modbus數(shù)據(jù)通訊數(shù)據(jù)交互的方式（5） 學(xué)習(xí)VijeoDesignerBasic觸摸屏編程軟件的基本操作（6） 學(xué)習(xí)HMI和PLC通訊原理2025/7/2313:332.1項(xiàng)目描述2.實(shí)踐環(huán)境

硬件設(shè)備：

軟件環(huán)境：SoMachine編程軟件、VijeoDesignerBasic觸摸屏編程軟件實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量備注TM241CEC24T1施耐德PLCATV320U04M2C1ATV320變頻器,0.37kW71M2-41變頻電機(jī)，0.37kWUSBMiniB線1PLC下載程序調(diào)試使用TCSESU083FN018口工業(yè)交換機(jī)，Ethernet/IP總線（RJ45口）HMIRXOHCA30011工控機(jī)Ethernet/IP總線（RJ45口）HMIGXU35121GXU觸摸屏2.2知識(shí)準(zhǔn)備（相關(guān)知識(shí)點(diǎn)）項(xiàng)目2的知識(shí)點(diǎn)，主要是關(guān)于Modbus的基本知識(shí)，Modbus總線協(xié)議由施耐德電氣在1979年創(chuàng)建，用來建立智能設(shè)備之間的主-從/客戶端-服務(wù)器通信過程，在工業(yè)制造環(huán)境中，它是一款標(biāo)準(zhǔn)的、真正開放的、使用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至目前，僅在歐洲和北美洲就已建立了超過700萬個(gè)Modbus節(jié)點(diǎn)。近年來Modbus增添了應(yīng)用層的報(bào)文傳輸協(xié)議，形成了ModbusTCP/IP協(xié)議，使傳統(tǒng)的Modbus與以太網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，煥發(fā)了新的活力。Modbus是IEC國際系列中的總線之一，其規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)分為三部分：

①M(fèi)odbus應(yīng)用協(xié)議規(guī)范②Modbus協(xié)議在串行數(shù)據(jù)鏈路上的實(shí)現(xiàn)指南③Modbus協(xié)議在TCP/IP上的實(shí)現(xiàn)指南Modbus協(xié)議通信模型對(duì)應(yīng)OSI互連參考模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。在物理層Modbus支持有線、無線類的多種傳輸介質(zhì)，有線介質(zhì)包括EIA/TIA-232、EIA/TIA-485、以太網(wǎng)、光纖等。在數(shù)據(jù)鏈路層，Modbus支持主從通信，高速令牌、以太網(wǎng)訪問控制等。在應(yīng)用層，Modbus規(guī)定了功能碼，以及協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU的內(nèi)容。2.2知識(shí)準(zhǔn)備（相關(guān)知識(shí)點(diǎn)）1.Modbus主從通信Modbus在數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定通信方式為主從通信，在一條Modbus總線上任何時(shí)刻有且只有一個(gè)固定的節(jié)點(diǎn)作為主站，其余節(jié)點(diǎn)作為從站，從站的數(shù)目為1～247個(gè)。Modbus通信由主站發(fā)起，從站應(yīng)答，從站在沒有接收到主站發(fā)出的通信請(qǐng)求時(shí)，不可自行發(fā)送數(shù)據(jù)，從站和從站之間是隔離的，不可通信。2.2知識(shí)準(zhǔn)備（相關(guān)知識(shí)點(diǎn)）一、Modbus通信模型Modbus主站向總線上的從站發(fā)送通信請(qǐng)求有兩種方式：單播模式——主站對(duì)單一從站發(fā)出請(qǐng)求，依靠從站地址來區(qū)分從站，只有指定地址（1～247）的從站會(huì)對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行應(yīng)答。單播模式一般用于主站向從站發(fā)送數(shù)據(jù)，或者主站向從站請(qǐng)求數(shù)據(jù)，從站必須做出應(yīng)答。廣播模式——主站對(duì)總線上所有從站發(fā)出請(qǐng)求，所有從站都可接收請(qǐng)求但無需給出應(yīng)答，此模式下從站的地址就沒有意義了，故主站發(fā)送請(qǐng)求時(shí)的目標(biāo)地址寫為0廣播模式一般用于命令傳輸，主站用廣播模式發(fā)送一條命令給所有從站，從站按照命令內(nèi)容執(zhí)行相應(yīng)操作或者動(dòng)作，無需應(yīng)答。圖2.1Modbus單播模式與廣播模式一、Modbus通信模型2.尋址空間所謂尋址，簡單說就是根據(jù)地址進(jìn)行通信目標(biāo)定位，通常把協(xié)議規(guī)定的有效地址范圍稱為尋址空間，Modbus的尋址空間如表2.2所示，0代表廣播模式的尋址，1～247為從站地址，248～255為保留地址，即正常情況下是無效的。01~247248~255廣播地址從站地址保留表2.2Modbus尋址空間二、Modbus報(bào)文Modbus總線上傳輸?shù)膱?bào)文結(jié)構(gòu)如圖2.2所示，單播模式下主站發(fā)送報(bào)文和從站應(yīng)答報(bào)文的結(jié)構(gòu)是相同的。報(bào)文中，地址區(qū)用于尋址，存放就是目標(biāo)從站的地址（也稱為站號(hào)），總線上的從站接收到報(bào)文時(shí)，先根據(jù)地址區(qū)內(nèi)容來判斷這條消息是否是發(fā)給自己的，是的話則做出應(yīng)答，不是的話將不做反應(yīng)，地址區(qū)內(nèi)容為0時(shí)，表示廣播模式。功能碼表示主站提出的具體需求，如索要從站的某些數(shù)據(jù)（稱為“讀”），或者修改從站的某些數(shù)據(jù)（稱為“寫”）等。數(shù)據(jù)區(qū)存放的是主站請(qǐng)求或者從站響應(yīng)參數(shù)，比如主站具體索要的是從站哪些數(shù)據(jù)、索要數(shù)據(jù)的數(shù)量等，或者具體要修改哪些數(shù)據(jù)、修改成什么值等。校驗(yàn)區(qū)存放的是校驗(yàn)碼，Modbus傳輸有RTU和ASCII兩種模式，這兩種模式校驗(yàn)碼分別是CRC校驗(yàn)碼和LRC校驗(yàn)碼。圖2.2Modbus報(bào)文結(jié)構(gòu)三、Modbus協(xié)議規(guī)范Modbus協(xié)議指的是Modbus應(yīng)用協(xié)議規(guī)范，本節(jié)介紹Modbus功能碼，ModbusRTU、 ModbusASCII兩種模式下單播通信和廣播通信時(shí)主站、從站通信過程和報(bào)文。1.Modbus功能碼

Modbus功能碼共有三種：公共功能碼、用戶自定義功能碼和保留功能碼，本書僅對(duì)公共功能碼進(jìn)行介紹，如非特別說明，本書中的Modbus功能碼指的是Modbus公共功能碼。表2.3顯示了常用的功能碼的定義。三、Modbus協(xié)議規(guī)范對(duì)象功能功能碼（十進(jìn)制）線圈讀線圈狀態(tài)1離散輸入讀離散輸入點(diǎn)狀態(tài)2寄存器讀保持型寄存器內(nèi)容3寄存器讀輸入寄存器4線圈寫單個(gè)線圈5寄存器寫單個(gè)寄存器6線圈寫多個(gè)線圈15寄存器寫多個(gè)寄存器16表2.3Modbus常用功能碼定義三、Modbus協(xié)議規(guī)范線圈和寄存器都是控制器電路常用的電子器件，在Modbus協(xié)議中，線圈代表了位數(shù)據(jù)（長度是1個(gè)位），寄存器代表了字?jǐn)?shù)據(jù)（長度是16個(gè)位）。離散輸入是與PLC相關(guān)的概念，PLC的輸入點(diǎn)是彼此獨(dú)立的，稱為離散輸入，PLC輸入點(diǎn)的狀態(tài)同時(shí)也會(huì)存儲(chǔ)在輸入寄存器里（寄存器的每一個(gè)位對(duì)應(yīng)一個(gè)輸入點(diǎn)），也就是說，可以用功能碼2來讀取某個(gè)輸入點(diǎn)狀態(tài)，也可以用功能碼4來讀取存放在寄存器里的多個(gè)輸入點(diǎn)狀態(tài)。三、Modbus協(xié)議規(guī)范2.ModbusRTU模式通信RTU即遠(yuǎn)程終端單元（RemoteTerminalUnit），ModbusRTU模式的特征是：①直接傳送二進(jìn)制數(shù)據(jù)，不進(jìn)行編碼，數(shù)據(jù)長度單位為字節(jié)。②報(bào)文沒有起始和終止標(biāo)識(shí)符，依靠時(shí)間間隔來區(qū)分報(bào)文。③采用CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)碼為16位（2字節(jié)）。ModbusRTU報(bào)文結(jié)構(gòu)如圖2.3所示，報(bào)文之間有相當(dāng)于傳輸4個(gè)字節(jié)的時(shí)間間隔用以區(qū)分報(bào)文。圖2.3ModbusRTU報(bào)文結(jié)構(gòu)三、Modbus協(xié)議規(guī)范假定單播模式下，主站對(duì)站號(hào)為1的從站中連續(xù)多個(gè)寄存器進(jìn)行讀寫，ModbusRTU報(bào)文格式舉例如下（報(bào)文內(nèi)容均為十六進(jìn)制）：1）讀地址為1~4的寄存器內(nèi)容主站發(fā)出的報(bào)文為：2.4讀寄存器主站發(fā)出的報(bào)文格式區(qū)域地址區(qū)功能碼數(shù)據(jù)區(qū)校驗(yàn)區(qū)從站站號(hào)起始寄存器地址寄存器數(shù)量CRC高字節(jié)CRC低字節(jié)內(nèi)容01030001000415C9長度1字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)三、Modbus協(xié)議規(guī)范

主站發(fā)出的報(bào)文格式如表2.4所示，內(nèi)容解析如下：16#01——主站向站號(hào)為1的從站請(qǐng)求16#03——讀取其連續(xù)多個(gè)寄存器內(nèi)容16#0001——從第1號(hào)寄存器開始16#0004——連續(xù)4個(gè)寄存器的內(nèi)容16#15、16#C9——CRC校驗(yàn)碼=16#15C9三、Modbus協(xié)議規(guī)范從站應(yīng)答的報(bào)文：表2.5讀寄存器從站應(yīng)答的報(bào)文格式從站應(yīng)答的報(bào)文格式如表2.5所示，內(nèi)容解析如下：16#01——站號(hào)為1的從站應(yīng)答16#03——提供連續(xù)多個(gè)寄存器內(nèi)容16#08——提供內(nèi)容數(shù)據(jù)總長度為8個(gè)字節(jié)16#0001——1號(hào)寄存器內(nèi)容為116#0102——2號(hào)寄存器內(nèi)容為25816#2134——3號(hào)寄存器內(nèi)容為850016#01F4——4號(hào)寄存器內(nèi)容為50016#3E、16#CF——CRC校驗(yàn)碼=16#3ECF區(qū)域地址區(qū)功能碼數(shù)據(jù)區(qū)CRC高字節(jié)CRC低字節(jié)從站站號(hào)字節(jié)數(shù)量1號(hào)寄存器2號(hào)寄存器3號(hào)寄存器4號(hào)寄存器內(nèi)容01030800010102213401F43ECF長度1字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)三、Modbus協(xié)議規(guī)范2）寫地址為1～4的寄存器內(nèi)容主站發(fā)出的報(bào)文：

表2.6寫寄存器主站發(fā)出的報(bào)文格式區(qū)域地址區(qū)功能碼數(shù)據(jù)區(qū)CRC高字節(jié)CRC低字節(jié)

從站站號(hào)起始寄

存器寄存器數(shù)量字節(jié)數(shù)量1號(hào)寄存器2號(hào)寄存器3號(hào)寄存器4號(hào)寄存器

內(nèi)容011000010004080101020203030404D011長度1字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)三、Modbus協(xié)議規(guī)范主站發(fā)出的報(bào)文格式如表2.6所示，內(nèi)容解析如下：16#01——主站向站號(hào)為1的從站請(qǐng)求16#10——寫其連續(xù)多個(gè)寄存器內(nèi)容16#0001——從第1號(hào)寄存器開始16#0004——連續(xù)4個(gè)寄存器的內(nèi)容16#08——主站寫入內(nèi)容數(shù)據(jù)總長度為8個(gè)字節(jié)16#0101——1號(hào)寄存器內(nèi)容寫為25716#0202——2號(hào)寄存器內(nèi)容寫為51416#0303——3號(hào)寄存器內(nèi)容為77116#0404——4號(hào)寄存器內(nèi)容為102816#D0、16#11——CRC校驗(yàn)碼=16#D011三、Modbus協(xié)議規(guī)范從站應(yīng)答的報(bào)文：表2.7寫寄存器主從站應(yīng)答的報(bào)文格式從站應(yīng)答的報(bào)文格式如表2.7所示，內(nèi)容解析如下：16#01——站號(hào)為1的從站應(yīng)答16#10——重復(fù)主站請(qǐng)求的功能碼16#0001——重復(fù)起始寄存器地址16#0004——重復(fù)寫入寄存器數(shù)量16#0A、16#90——CRC校驗(yàn)碼=16#0A90區(qū)域地址區(qū)功能碼數(shù)據(jù)區(qū)校驗(yàn)區(qū)從站站號(hào)起始寄存器地址寄存器數(shù)量CRC高字節(jié)CRC低字節(jié)內(nèi)容0110000100040A90長度1字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)三、Modbus協(xié)議規(guī)范3.ModbusASCII模式通信ASCII即美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange），是基于拉丁字母的一套電腦編碼系統(tǒng)。ModbusASCII模式的特征是：①對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行ASCII編碼后再傳送，數(shù)據(jù)長度單位為字符③②報(bào)文有固定的起始和終止標(biāo)識(shí)符③采用LRC校驗(yàn)，校驗(yàn)碼長度為2個(gè)字符ModbusASCII報(bào)文格式如圖2.4所示，用起始符（“：”）和終止符（回車“CR”、換行“LF”）來區(qū)分報(bào)文。圖2.4ModbusASCII報(bào)文結(jié)構(gòu)三、Modbus協(xié)議規(guī)范同樣假定單播模式下，主站對(duì)站號(hào)為1的從站中連續(xù)多個(gè)寄存器進(jìn)行讀寫，ModbusASCII報(bào)文格式舉例如下（報(bào)文內(nèi)容均為ASCII碼）：1）讀地址為1的寄存器內(nèi)容主站發(fā)出的報(bào)文：表2.8讀寄存器主站發(fā)出的報(bào)文格式讀地址為1的寄存器內(nèi)容主站發(fā)出的報(bào)文格式如表2.8所示，內(nèi)容解析如下：

“01”——主站向站號(hào)為1的從站請(qǐng)求

“03”——讀取其連續(xù)多個(gè)寄存器內(nèi)容

“0001”——從第1號(hào)寄存器開始

“0001”——連續(xù)1個(gè)寄存器的內(nèi)容

“2””B”——LRC校驗(yàn)碼=16#2B區(qū)域起始符地址區(qū)功能碼數(shù)據(jù)區(qū)校驗(yàn)區(qū)結(jié)束符從站站號(hào)起始寄存器地址寄存器數(shù)量LRC內(nèi)容:0103000100012BCRLF長度1字符2字符2字符4字符4字符2字符2字符三、Modbus協(xié)議規(guī)范從站應(yīng)答的報(bào)文：表2.9讀寄存器從站應(yīng)答的報(bào)文格式從站應(yīng)答的報(bào)文格式如表2.9所示，內(nèi)容解析如下：

“01”——站號(hào)為1的從站應(yīng)答

“03”——提供連續(xù)多個(gè)寄存器內(nèi)容

“02”——提供內(nèi)容數(shù)據(jù)總長度為2個(gè)字節(jié)

“2000”——1號(hào)寄存器內(nèi)容為16#2000（即8192）

“2”、”E”——LRC校驗(yàn)碼=16#2E區(qū)域起始符地址區(qū)功能碼數(shù)據(jù)區(qū)校驗(yàn)區(qū)結(jié)束符從站站號(hào)字節(jié)數(shù)量1號(hào)寄存器LRC內(nèi)容:01030220002ECRLF長度1字符2字符2字符2字符4字符2字符2字符三、Modbus協(xié)議規(guī)范2）寫地址為1的寄存器內(nèi)容主站發(fā)出的報(bào)文：表2.10寫寄存器主站發(fā)出的報(bào)文格式寫地址為1的寄存器內(nèi)容主站發(fā)出的報(bào)文格式如表2.10所示，內(nèi)容解析：

“01”——主站向站號(hào)為1的從站請(qǐng)求

“10”——寫其連續(xù)多個(gè)寄存器內(nèi)容

“0001”——從第1號(hào)寄存器開始

“0001”——連續(xù)1個(gè)寄存器的內(nèi)容

“02”——主站寫入內(nèi)容數(shù)據(jù)總長度為2個(gè)字節(jié)

“1010”——1號(hào)寄存器內(nèi)容寫為16#1010（即4112）

“9”、“3”——CRC校驗(yàn)碼=16#93區(qū)域起始符地址區(qū)功能碼數(shù)據(jù)區(qū)校驗(yàn)區(qū)結(jié)束符從站站號(hào)起始寄存器地址寄存器數(shù)量字節(jié)數(shù)量1號(hào)寄存器LRC

內(nèi)容:01100001000102101093CRLF長度1字符2字符2字符4字符4字符2字符4字符2字符2字符三、Modbus協(xié)議規(guī)范從站應(yīng)答的報(bào)文：表2.11寫寄存器從站應(yīng)答的報(bào)文格式寫地址為1的寄存器內(nèi)容從站應(yīng)答的報(bào)文格式如表2.11所示，內(nèi)容解析：

“01”——站號(hào)為1的從站應(yīng)答

“10”——重復(fù)主站請(qǐng)求的功能碼

“0001”——重復(fù)起始寄存器地址

“0001”——重復(fù)寫入寄存器數(shù)量

“1”、”E”——LRC校驗(yàn)碼=16#1E區(qū)域起始符地址區(qū)功能碼數(shù)據(jù)區(qū)校驗(yàn)區(qū)結(jié)束符

從站站號(hào)

起始寄存器地址寄存器數(shù)量LRC

內(nèi)容:0110000100011ECRLF長度1字符2字符2字符4字符4字符2字符2字符三、Modbus協(xié)議規(guī)范對(duì)比ModbusRTU和ModbusASCII，可以看出，ModbusRTU報(bào)文長度遠(yuǎn)小于ModbusASCII報(bào)文長度，因此同樣傳輸速率下，ModbusRTU傳輸效率更高，反過來，當(dāng)受限于物理層條件，不能達(dá)到較高傳輸速率時(shí)，也可以選擇ModbusASCII；ModbusASCII對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行編碼，報(bào)文可以直接為應(yīng)用層的程序所用，ModbusRTU傳輸?shù)臄?shù)據(jù)則需要相應(yīng)的編碼解碼過程，不過大多數(shù)程序開發(fā)軟件或編輯器都已集成了自動(dòng)編碼解碼的功能，因此ModbusRTU應(yīng)用范圍更廣一些。三、Modbus協(xié)議規(guī)范4.ModbusTCP/IP協(xié)議TCP/IP協(xié)議組是指包括TCP（TransmissionControlProtocol）和IP（InternetProtocol）在內(nèi)的一組協(xié)議，原本屬于以太網(wǎng)技術(shù)，隨著以太網(wǎng)技術(shù)向工業(yè)應(yīng)用環(huán)境的延伸，TCP/IP協(xié)議也與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)生融合，ModbusTCP/IP就是典型的融合結(jié)果。TCP/IP協(xié)議組對(duì)應(yīng)OSI互連參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層，ModbusTCP/IP保留了數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層的TCP/IP協(xié)議，應(yīng)用層則采用的是標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議，因此ModbusTCP/IP相當(dāng)于以太網(wǎng)上的Modbus總線。三、Modbus協(xié)議規(guī)范以太網(wǎng)傳輸速率高，傳輸數(shù)據(jù)量極大，其通信幀采用封裝方式產(chǎn)生，圖2.5描述了以太網(wǎng)通信幀封裝的過程。圖2.5以太網(wǎng)通信幀封裝過程ModbusTCP/IP相當(dāng)于把符合Modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)按圖2.5過程封裝成以太網(wǎng)通信幀，在以太網(wǎng)總線上傳輸，封裝進(jìn)以太網(wǎng)通信幀應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)的ModbusTCP/IP應(yīng)用數(shù)據(jù)單元結(jié)構(gòu)如圖2.6所示。圖2.6ModbusTCP/IP應(yīng)用數(shù)據(jù)單元結(jié)構(gòu)三、Modbus協(xié)議規(guī)范MBAP報(bào)文頭為ModbusTCP/IP專用的，其長度為7個(gè)字節(jié)，其常見內(nèi)容如表2.12所述表2.12MBAP報(bào)文頭內(nèi)容字符與字節(jié)長度都是8位，字節(jié)用來直接表述數(shù)據(jù)，字符則常用在經(jīng)過編碼形成符號(hào)的數(shù)據(jù)上，例如數(shù)據(jù)16#0A長度為1個(gè)字節(jié)，經(jīng)過ASCII編碼，編碼結(jié)果“0A”則是由字符“0”和字符“A”構(gòu)成的，字符“0”=16#30，字符“A”=16#41，“0A”的長度用2個(gè)字符表示更為合適。字段長度（字節(jié)）描述事務(wù)處理標(biāo)識(shí)符2識(shí)別Modbus請(qǐng)求/響應(yīng)事物處理協(xié)議標(biāo)識(shí)符20=Modbus協(xié)議長度2隨后的字節(jié)數(shù)量單元標(biāo)識(shí)符1識(shí)別串行鏈路上或其他總線上連接的遠(yuǎn)程從站任務(wù)1用PLC控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)2.3任務(wù)要求TM241PLC作為控制器，采用標(biāo)準(zhǔn)的ModbusRTU協(xié)議，通過RS485串口通訊的方式，控制變頻器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行，并且可以實(shí)時(shí)改變運(yùn)行頻率。要正確配置串口以中斷方式接收/發(fā)送數(shù)據(jù)，以及串口相關(guān)的參數(shù)等。一、

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用PLC控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2.7所示。該系統(tǒng)中，PLC作為Modbus主站、變頻器作為Modbus從站。圖中的PLC采用TM241PLC，它有兩個(gè)串口，SL1為RJ45接口形式，SL2為螺釘接口形式，兩個(gè)串口均可以使用。這里采用SL1口，直接用一根標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線連接到ATV320變頻器的RJ45網(wǎng)線接口。在進(jìn)行485通訊的時(shí)候，僅用到了網(wǎng)線的4、5、8這三個(gè)引腳的接線。圖2.7用PLC控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖二、

變頻器參數(shù)設(shè)置PLC的串口引腳定義如表2.13所示，變頻器RJ45口引腳定義如表2.14所示。表2.13PLC串口引腳定義表2.14變頻器RJ45口引腳定義引腳12345678功能CAN_LCAN_HCAN_GNDD1D0NC5Vdc公共端二、

變頻器參數(shù)設(shè)置使用變頻器集成顯示終端，對(duì)變頻器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，建議在修改任何參數(shù)設(shè)置之前先停機(jī)，確保人身安全。采用Modbus通訊方式時(shí)，變頻器參數(shù)路徑及含義列于表2.15中，根據(jù)任務(wù)需要，進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。表2.15變頻器參數(shù)表變頻器Modbus通訊設(shè)置參數(shù)路徑設(shè)定值說明COnF---FULL---Con---nd1---Add1Modbus從站地址設(shè)置1號(hào)站COnF---FULL---Con---nd1---tbr192Modbus通訊波特率19.2KCOnF---FULL---Con---tFo8n1Modbus通訊格式COnF---FULL---Ctl---Fr1ndb通過網(wǎng)絡(luò)給定頻率COnF---FULL---Ctl---CHCFsin組合通道，通過網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)變頻器二、

變頻器參數(shù)設(shè)置1、Modbus從站地址設(shè)置

在對(duì)變頻器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置時(shí)，按下變頻器的設(shè)置鍵，觀察變頻器的集成顯示終端，按照?qǐng)D2.8順序設(shè)置從站地址，設(shè)置為1號(hào)。圖2.8Modbus從站地址設(shè)置二、

變頻器參數(shù)設(shè)置2、Modbus通訊波特率設(shè)置按下變頻器的設(shè)置鍵，觀察變頻器的集成顯示終端，按照?qǐng)D2.9順序設(shè)置變頻器的通信波特率，設(shè)置為19.2kbps。圖2.9Modbus通訊波特率設(shè)置二、

變頻器參數(shù)設(shè)置3、Modbus通訊波數(shù)據(jù)格式設(shè)置按照表2.10，Modbus通訊波數(shù)據(jù)格式設(shè)置順序如圖2.10所示圖2.10Modbus通訊數(shù)據(jù)格式設(shè)置二、

變頻器參數(shù)設(shè)置4、頻率給定方式設(shè)置為Modbus網(wǎng)絡(luò)按照表2.15，Modbus通訊波數(shù)據(jù)格式設(shè)置順序如圖2.11所示。頻率給定方式設(shè)置為Modbus網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置順序如圖2.7所示。圖2.11頻率給定方式設(shè)置為Modbus網(wǎng)絡(luò)二、

變頻器參數(shù)設(shè)置5、組合通道，通過網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)變頻器本例中控制和頻率給定全部由通信給定，將控制模式設(shè)置為SIN組合模式，與出廠設(shè)置相同；用戶需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行模式選擇。集成顯示終端的設(shè)置如圖2.12所示：圖2.12組合通道，通過網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)變頻器絡(luò)

三、硬件配置1.SoMachine編程軟件平臺(tái)的硬件組態(tài)SoMachine軟件是一款集成Vijeo-Designer軟件的開放、高效的專業(yè)軟件解決方案。它同時(shí)集成用于運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備的配置和傳送工具。它具備符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的語言功能，集成現(xiàn)場(chǎng)總線配置程序、專家診斷功能和故障調(diào)試功能，以及維護(hù)和可視化等多重功能。

三、硬件配置對(duì)于該任務(wù)，基于SoMachine編程軟件平臺(tái)的操作過程如下：1）雙擊打開SoMachine編程軟件，選擇新建項(xiàng)目—>空項(xiàng)目，然后填寫項(xiàng)目名稱后點(diǎn)擊創(chuàng)建項(xiàng)目，如圖2.13所示。圖2.13創(chuàng)建項(xiàng)目窗口三、硬件配置2）點(diǎn)擊配置，選擇正確的PLC型號(hào)后點(diǎn)擊箭頭添加PLC硬件，等待十幾秒鐘，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)添加硬件相關(guān)的庫文件，右邊出現(xiàn)PLC圖標(biāo)后，點(diǎn)擊確定。PLC硬件組態(tài)圖如圖2.14所示。圖2.14PLC硬件組態(tài)三、硬件配置3）雙擊圖2.15中的“控制器”，就可以進(jìn)入PLC編程界面，編程界面如圖2.16所示。圖2.15進(jìn)入編程界面三、硬件配置SoMachine軟件編程界面的任務(wù)欄主要分三塊：1）應(yīng)用程序樹：所有程序、變量、任務(wù)配置都放在該欄目2）工具樹：庫文件、視圖、跟蹤、符號(hào)配置等都放在該欄目3）設(shè)備樹：PLC本體硬件配置、硬件擴(kuò)展模塊配置、通訊配置等都放在該欄目圖2.16SoMachine軟件編程界面三、硬件配置2.串口通訊配置1）按照?qǐng)D2.17指示添加ModbusIO掃描器，“串行線路1”的缺省通訊協(xié)議是“SoMachine_Network_Manager“，在協(xié)議處右鍵刪除改協(xié)議。選中“串行線路1（SL1）”，右鍵點(diǎn)擊→添加設(shè)備→ModbusIOScanner。圖2.17添加ModbusIO掃描器三、硬件配置2）按照?qǐng)D2.18指示添加Modbus從站鼠標(biāo)右鍵ModbusIOScanner選擇添加設(shè)備，選擇GenericModbusSlave圖2.18添加Modbus從站三、硬件配置3）按照?qǐng)D2.19指示進(jìn)行站號(hào)設(shè)置，為從站GenericModbusSlave設(shè)置站號(hào)1（為啥設(shè)成1可以說明一下）。圖2.19站號(hào)設(shè)置三、硬件配置4）雙擊圖2.16中的Seriel_Line_1，設(shè)置和變頻器一樣的通訊參數(shù)，按照?qǐng)D2.20進(jìn)行各個(gè)參數(shù)設(shè)置。（為什么這么設(shè)置可以描述一下，波特率要設(shè)置的和哪個(gè)一致等等）圖2.20通訊參數(shù)設(shè)置四、變頻器通信參數(shù)配置1.ATV320通訊變量說明在M241PLC中編寫程序，將變頻器的內(nèi)部變量映射到本地寄存器，通過對(duì)本地寄存器進(jìn)行讀寫，來完成對(duì)變頻器的監(jiān)控。先介紹一下ATV320內(nèi)部字，在此僅列出本例中使用的ATV320內(nèi)部寄存器以及對(duì)應(yīng)功能，見2.16。對(duì)于ATV320變頻器實(shí)現(xiàn)Modbus通信控制的狀態(tài)字以及控制字說明如表2.17所示。在使用中可以根據(jù)項(xiàng)目要求設(shè)置。表2.16ATV320變量表類型地址代碼說明讀出變量3201（16#0C81）ETA狀態(tài)字3202（16#0C82）rFr輸出頻率寫入變量8501（16#2135）CMD控制字8502（16#2136）LFR頻率給定四、變頻器通信參數(shù)配置表2.17ATV320狀態(tài)字位狀態(tài)字ETA(W3201)控制字CMD(W8501)Bit0通電準(zhǔn)備就緒/動(dòng)力部分線電源掛起上電/接觸器控制Bit1通電/就緒允許電壓/允許交流電壓Bit2運(yùn)行被允許/運(yùn)行快速停車/緊急停車Bit3故障允許操作/運(yùn)行命令Bit4電壓有效/動(dòng)力部分線電源有電保留＝0Bit5快速停動(dòng)保留＝0Bit6通電被禁止/動(dòng)力部分線電源被禁止保留＝0Bit7報(bào)警故障復(fù)位/確認(rèn)故障Bit8保留＝0暫停Bit9遠(yuǎn)程/通過網(wǎng)絡(luò)給出的命令或給定保留＝0Bit10達(dá)到目標(biāo)/達(dá)到給定保留＝0Bit11內(nèi)部限值有效/給定超出限制正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)Bit12保留＝0可分配的Bit13保留＝0可分配的Bit14通過STOP鍵停止可分配的Bit15轉(zhuǎn)動(dòng)方向可分配的四、變頻器通信參數(shù)配置2.ATV320通訊變量映射將ATV320通訊變量映射到PLC有兩種方法，一種是通過能塊Read_var/Write_var編寫讀寫程序映射到本地寄存器，另一種方法是通過配置IOScanner映射到本地寄存器。第一種方法需要編寫PLC程序，RS485串口通訊是采用輪詢的方式，因此讀寫功能塊是無法同時(shí)被觸發(fā)，因此需要通過程序?qū)蓚€(gè)或多個(gè)功能塊分時(shí)觸發(fā)。PLC的Modbus讀寫程序框圖如圖2.21所示（見下頁或點(diǎn)擊圖2.21）。四、變頻器通信參數(shù)配置圖2.21Modbus讀寫程序四、變頻器通信參數(shù)配置第二種方法通過配置IOScanner變量，不需要需要編寫PLC程序，配置好的通訊變量會(huì)自動(dòng)實(shí)時(shí)刷新。在GenericModbusSlave進(jìn)入Modbus從站通道菜單，點(diǎn)擊添加通道，選擇存取類型（讀出變量選擇函數(shù)代碼3，寫入變量選擇函數(shù)代碼16），然后再填寫需要讀取的變量的16進(jìn)制地址和數(shù)據(jù)長度就可以了。將2.3.6節(jié)的4個(gè)變量一一配置好，如圖2.22所示（見下頁或點(diǎn)擊圖2.22）。四、變頻器通信參數(shù)配置圖2.22IOScanner變量配置四、變頻器通信參數(shù)配置進(jìn)入ModbusMasterI/O映射菜單，我們就可以看到剛才配置好的2個(gè)讀取和2個(gè)寫入變量。見圖2.23，將4個(gè)變量分別定義4個(gè)變量名字和地址實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)，以后的程序中，只要用到左側(cè)這4個(gè)變量名字就可以獲取狀態(tài)字ETA和輸出頻率OutputFrq，或者通過修改ControlWord和FrequencySet的變量值，然后傳輸?shù)紸TV320變頻器，實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制。圖2.23關(guān)聯(lián)變量名五、程序編寫變頻器的內(nèi)部操作遵循DSP402狀態(tài)表，變頻器DSP402狀態(tài)表如圖2.24所示。圖2.24變頻器DSP402狀態(tài)表九、程序編寫

1.ATV320變頻器控制功能塊編寫在應(yīng)用程序樹里新建一個(gè)FuntionBlock程序，通過對(duì)控制字CMD的寫操作控制變頻器，以及狀態(tài)字ETA獲取變頻器的當(dāng)前狀態(tài)，程序嚴(yán)格按照變頻器的內(nèi)部操作遵循DSP402狀態(tài)表流程。變頻器控制功能塊代碼及代碼窗口如圖2.25所示（見下頁或點(diǎn)擊圖2.25）。五、程序編寫圖2.25變頻器控制功能塊代碼五、程序編寫2.變頻器控制功能塊的調(diào)用變頻器控制功能模塊的主程序調(diào)用方式以及代碼如圖2.26所示。在Main主程序的Prog里，調(diào)用SR_ATVControl子程序。而子程序SR_ModbusCommunication()臨時(shí)被注解屏蔽，SR_ModbusCommunication子程序是通過Read_var/Write_var映射的方式供讀者參考。圖2.26主程序調(diào)用六、PLC程序下載及運(yùn)行PLC程序下載及運(yùn)行步驟如下：1.先進(jìn)行PC端的IP地址配置，查看PLC的IP地址配置窗口。如2.27，此時(shí)PLC的IP網(wǎng)段是192.168.12。圖2.27PLC以太網(wǎng)IP地址配置七、程序編寫將PC的以太網(wǎng)IP設(shè)置為和PLC同一個(gè)網(wǎng)段，但是不同的地址，注意不要和整個(gè)以太網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備的IP地址沖突，這里設(shè)置為3，如圖2.28所示。圖2.28PC電腦IP地址配置七、程序編寫2、打開PLC程序，在MyController里的控制器選擇菜單，點(diǎn)擊刷新按鈕就可以看到PLC的當(dāng)前IP地址見圖2.29。圖2.29PLC連接刷新七、程序編寫如果刷新出來的PLC當(dāng)前IP地址和上圖中的設(shè)置IP地址不一樣，可以選中TM241CEC24T，鼠標(biāo)右鍵選擇處理通訊設(shè)置。在線修改PLCIP地址窗口如圖2.30所示。選擇“處理通信設(shè)置”后，彈出IP地址設(shè)置窗口，如圖2.31所示。在該窗口在線修改PLC的IP地址和子網(wǎng)掩碼以及網(wǎng)關(guān)，點(diǎn)擊確定需要等待十幾秒鐘讓其生效，之后重新刷新，就會(huì)發(fā)現(xiàn)PLC的IP地址改過來了。圖2.30在線修改PLCIP地址七、程序編寫

圖2.31IP地址在線設(shè)置七、程序編寫3）雙擊選中TM241CEC24T后，字體會(huì)變?yōu)楹隗w，見圖2.32。圖2.32選中PLC4）點(diǎn)擊圓圈的登錄按鈕，登錄PLC，界面如圖2.33所示。圖2.33登錄PLC七、程序編寫5）在跳出如圖2.34的窗口，選擇“是”，就可以將P程序下載到PLC硬件中去，下載完成后點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕就可以運(yùn)行PLC程序了。圖2.34程序下載確認(rèn)6）點(diǎn)擊調(diào)試菜單的開始按鈕，PLC程序就開始運(yùn)行，我們可以在線監(jiān)控程序的運(yùn)行狀態(tài)，如圖2.35所示。通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊“HMI_xForward_ATV320”變量，修改變量預(yù)設(shè)狀態(tài)，然后按下鍵盤的Ctrl+F7組合按鍵，將預(yù)設(shè)狀態(tài)寫到PLC生效，啟動(dòng)變頻器運(yùn)行。我們建議通過下一個(gè)《觸摸屏應(yīng)用》任務(wù)，設(shè)計(jì)開發(fā)好觸摸屏工程畫面，通過觸摸屏的按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制，這樣子的人機(jī)交互方式更加直觀方便，這是工廠實(shí)際應(yīng)用的傳統(tǒng)操控方式。七、程序編寫圖2.35程序在線監(jiān)控任務(wù)2觸摸屏應(yīng)用2.4任務(wù)要求通過網(wǎng)線將觸摸屏也掛到交換機(jī)上，觸摸屏可以通過Modbus/TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)和PLC的通訊。觸摸屏作為人機(jī)交互設(shè)備，通過M241PLC采用ModbusRTU通信控制ATV變頻器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行，以及調(diào)整運(yùn)行頻率。一、

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)觸摸屏和PLC通訊系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2.36所示，采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線到GXU3512觸摸屏的I接口，網(wǎng)線的另一端接到交換機(jī)上，觸摸屏接口示意圖如圖2.37所示。同時(shí)PLC也連接到交換機(jī)上（連接方式標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線？）。PLC可以通過Modbus/TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)和觸摸屏的通訊，PLC與變頻器之間通信仍然采用ModbusRTU。該項(xiàng)目可以通過觸摸屏控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行以及運(yùn)行，以及轉(zhuǎn)速控制。

圖2.37觸摸屏接口示意圖圖2.36觸摸屏和PLC通訊系統(tǒng)架構(gòu)圖二、VijeoDesignerBasic創(chuàng)建HMI項(xiàng)目

GXU3512觸摸屏的軟件為VijeoDesignerBasic，該軟件是一款為MagelisHMIGXU系列HMI（人機(jī)界面）面板開發(fā)并配置應(yīng)用程序的軟件包。1）打開VijeoDesignerBasic，建立新工程，如圖2.38所示，選擇觸摸屏的信號(hào)為GXU3512。完成后，進(jìn)入導(dǎo)航窗口。圖2.38新建工程二、VijeoDesignerBasic創(chuàng)建HMI項(xiàng)目2）觸摸屏選型之后，進(jìn)入導(dǎo)航窗口，然后進(jìn)行IP地址設(shè)置，如圖2.39所示。在導(dǎo)航窗口選擇Target的常規(guī)菜單，設(shè)置以太網(wǎng)的IP地址為0，保證觸摸屏的IP地址網(wǎng)段和任務(wù)1中的PLC的IP地址處于同一個(gè)網(wǎng)段，但是地址不能相同。圖2.39觸摸屏IP地址設(shè)置二、VijeoDesignerBasic創(chuàng)建HMI項(xiàng)目3）通訊驅(qū)動(dòng)選擇窗口如圖2.40所示，在此添加I/O驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)的作用是通過它來實(shí)現(xiàn)和PLC的連接。鼠標(biāo)選中I/O管理器，右鍵選擇新建驅(qū)動(dòng)程序，在彈出的窗口選擇Modbus設(shè)備，點(diǎn)擊確定。圖2.40通訊驅(qū)動(dòng)選擇二、VijeoDesignerBasic創(chuàng)建HMI項(xiàng)目4）從站PLC通訊參數(shù)配置界面如圖2.41所示，在設(shè)備配置菜單，設(shè)置要連接的PLC的IP地址，這里是0，IEC61131語法打鉤，選擇低字優(yōu)先。這樣一個(gè)HMI項(xiàng)目就新建好了，并且配置好了基本通訊設(shè)置。圖2.41從站PLC通訊參數(shù)配置三、VijeoDesignerBasic變量定義觸摸屏和PLC數(shù)據(jù)交換是通過變量的物理地址，因此必選先確定PLC程序的變量及地址，然后新建觸摸屏程序的變量與之關(guān)聯(lián)。在SoMachine軟件平臺(tái)上，PLC的變量定義窗口如圖2.42所示，PLC的變量定義在GVL中，但是我們每一個(gè)應(yīng)該建立一個(gè)變量參數(shù)Execl表格，更加方便項(xiàng)目的管理和查詢，Excel表格的變量信息可以做得更加詳細(xì)。TM241CEC24TPLC變量表如表2.18所示。表格中的“HMI地址”則是該變量在觸摸屏編程軟件中對(duì)應(yīng)的物理地址。因此我們需要在觸摸中建立下面圈住的四個(gè)變量。圖2.42PLC變量定義三、VijeoDesignerBasic變量定義表2.18PLC變量定義表觸摸屏的變量建立只需要點(diǎn)擊新建變量按鈕，先建立BOOL型變量，VijeoDesignerBasic下新建觸摸屏BOOL變量方法如圖2.43所示，接著建立DINT類型變量即可，新建觸摸屏DINT變量如圖2.44所示。圖2.43新建觸摸屏BOOL變量三、VijeoDesignerBasic變量定義圖2.44新建觸摸屏DINT變量四、觸摸屏畫面制作1.觸摸屏開關(guān)制作1）按照?qǐng)D2.45制作開關(guān)，點(diǎn)擊開關(guān)，新建兩個(gè)開關(guān)，一個(gè)作為變頻器正轉(zhuǎn)開關(guān)，另一個(gè)作為變頻器反轉(zhuǎn)開關(guān)。圖2.45觸摸屏開關(guān)制作四、觸摸屏畫面制作2）觸摸屏開關(guān)功能配置圖如圖2.46所示，注意關(guān)聯(lián)正確的變量。圖2.46觸摸屏開關(guān)功能配置四、觸摸屏畫面制作3）配置顏色方法如圖2.47所示，可以根據(jù)畫面風(fēng)格選擇合適的開關(guān)顏色。圖2.47觸摸屏開關(guān)顏色配置四、觸摸屏畫面制作4）最后按照?qǐng)D2.48的方法給觸摸屏開關(guān)添加標(biāo)簽，一個(gè)開關(guān)為“變頻正轉(zhuǎn)”、一個(gè)開關(guān)為“變頻反轉(zhuǎn)”。這樣，開關(guān)就做好了。圖2.48觸摸屏開關(guān)標(biāo)簽配置四、觸摸屏畫面制作2.數(shù)值顯示框制作1）按照?qǐng)D2.49制作觸摸屏數(shù)值顯示框，點(diǎn)擊數(shù)值顯示，拖放到畫面，并配置“頻率輸出”和“電機(jī)電流”文字說明。圖2.49觸摸屏數(shù)值顯示制作四、觸摸屏畫面制作2）“數(shù)值設(shè)置”的設(shè)置如圖2.50所示，選擇整型，關(guān)聯(lián)變量“變頻器當(dāng)前運(yùn)行頻率”，選擇顯示位數(shù)3.1代表數(shù)值顯示的時(shí)候，最高3位為整數(shù)位，最低1位顯示為小數(shù)位，最后顯示單位Hz。這樣如果該變量在PLC中的值是500，在觸摸屏側(cè)由于設(shè)置了3.1，因此觸摸屏?xí)@示為50.0HZ。圖2.50觸摸屏數(shù)值顯示功能配置四、觸摸屏畫面制作3.數(shù)值輸入框制作1）觸摸屏數(shù)值輸入功能配置如圖2.51所示，數(shù)值設(shè)置的方法和數(shù)值顯示一樣，僅僅需要在啟用輸入模式打鉤即可。圖2.51觸摸屏數(shù)值輸入功能配置四、觸摸屏畫面制作2）數(shù)值設(shè)置多了輸入模式屬性設(shè)置，設(shè)置變量的最小和最大值，如下圖，意思是該數(shù)值輸入框，只允許設(shè)置0到500的整數(shù)，觸摸側(cè)對(duì)應(yīng)0到50.0顯示。觸摸屏數(shù)值輸入范圍配置如圖2.52所示。圖2.52觸摸屏數(shù)值輸入范圍配置四、觸摸屏畫面制作4.畫面切換開關(guān)制作拖動(dòng)一個(gè)開關(guān)放到畫面上，選擇帶指示燈的開關(guān)，指示燈寫入如下代碼，意思是當(dāng)前頁面是1的時(shí)候，該指示燈點(diǎn)亮，這樣我們?cè)诙喈嬅媲袚Q的系統(tǒng)中可以更加清楚地知道當(dāng)前處于哪個(gè)畫面。操作模式選擇“頁面”，換面ID選擇畫面1，意思是按下該按鈕，就會(huì)把畫面切換到畫面1，過程如圖2.53所示。圖2.53觸摸屏畫面切換按鈕制作五、觸摸屏程序下載及仿真操作觸摸屏程序下載及仿真操作步驟如下：1）選中Target鼠標(biāo)右鍵，選擇下載，就會(huì)將工程下載到觸摸屏硬件，如圖2.54所示。圖2.54觸摸屏下載界面五、觸摸屏程序下載及仿真操作2）選中Target鼠標(biāo)右鍵，選擇啟用模擬，就會(huì)把電腦屏幕虛擬成觸摸屏，并且和PLC發(fā)生實(shí)際通訊，電腦上的畫面可以顯示操作，見圖2.55。圖2.55觸摸屏畫面模擬五、觸摸屏程序下載及仿真操作3）設(shè)置5.0HZ的頻率，點(diǎn)擊變頻器正轉(zhuǎn)，變頻器就會(huì)以5.0HZ的頻率正轉(zhuǎn)運(yùn)行，頻率輸出也會(huì)加速到設(shè)定頻率5HZ，還可以顯示當(dāng)前點(diǎn)擊的電流。完成后的變頻器控制畫面如圖2.56所示。圖2.56變頻器控制畫面思考題1、理解Modbus主站向總線上的從站發(fā)送通信的兩種方式，思考一下單播模式和廣播模式有什么區(qū)別，分別適用于那些場(chǎng)合？2、圖2.20變頻器DSP402狀態(tài)表，是變頻器通訊控制的基本流程，很多通訊協(xié)議控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，都會(huì)有類似的控制流程。理解并分析該控制流程。項(xiàng)目3CANopen總線及其應(yīng)用3.1項(xiàng)目描述3.2知識(shí)準(zhǔn)備3.3操作任務(wù)采用CANopen通信控制伺服電機(jī)運(yùn)行思考題目錄3.1項(xiàng)目描述項(xiàng)目目標(biāo)

1）了解各種主流現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的特點(diǎn)

2）學(xué)習(xí)Canopen現(xiàn)場(chǎng)總線

3）學(xué)習(xí)伺服控制的基本原理

4）利用Canopen現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)伺服電機(jī)的控制2025/7/2313:333.1項(xiàng)目描述2.實(shí)踐環(huán)境硬件設(shè)備：項(xiàng)目3的硬件設(shè)備列于表3.1中，表中設(shè)備在“工業(yè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)