毕业设计论文基于CP430的MODBUS通讯程序设计doc.docx

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毕业设计论文基于CP430的MODBUS通讯程序设计doc

江苏科技大学

本科毕业设计（论文）

学院电子信息学院

专业电气工程及其自动化

学生姓名

班级学号

指导教师

摘要

计算机技术的飞速发展，使得现代工业生产和控制系统变得越来越复杂性，同时骑可靠性、实时性、精确性要求也越来越高。

现场总线技术为控制系统性能提高提供了新的思路，发展现场总线技术的初衷是建立开放的控制通信网络。

由于历史原因，不同系统的现场总线协议差异很大。

不同总线协议应用范围也有所差异。

MODBUS协议定义了控制器能识别和使用的信息结构。

广泛用于工业通信领域，其优点是实时性好，可靠性高，适用于小到中等规模的数据传输，如典型应用于的可编程控制器（PLC）。

协议采用主机轮询机制，主设备发出查询请求，要求从设备执行某种动作；从设备收到查询请求后，识别是否本地数据执行相应的动作，组织应答，将执行的状况或相关数据反馈到主设备。

本文在研究Modbus协议规则，详细分析Modbus协议的原理，然后通过西门子STEP7软件，运用CP430做Modbus从站程序，实现Modbus从站接受检验功能。

关键字：

Modbus，CP430，从站，协议

Abstract

Therapiddevelopmentofcomputertechnology,makesthemodernindustrialproductionandcontrolsystemisbecomingmoreandmorecomplexitywhileridingareliability,real-time,andmoreandmoreisalsohighprecisionrequirements.TheModbustechnologyforcontrolsystemperformanceprovidesnewideas,improvethedevelopmentoftheModbustechnologyintendedtoestablishanopencontrolcommunicationnetwork.Owingtohistoricalreasons,thedifferentsystemsModbusagreementdifferenceisverybig.Differentbusagreementapplicationalsodifferent.

MODBUSagreementdefinesthecontrollercanidentifyanduseofinformationstructure.Widelyusedinindustrialcommunicationfield,itsadvantageisgoodreal-time,highreliability,applicabletosmalltomediumsizeofdatatransmission,suchasthetypicalapplicationinprogrammablecontroller（PLC）.TheprotocolUSEShostpollingmechanism,themainequipmentandissuequeriesrequest,demandfromequipmentperformanaction;Afterreceivedfromthedevicequeries,identifywhethersomeactionlocaldataexecution,theorganizationresponse,willimplementationstatusorrelateddatafeedbacktothemainequipment.

Basedonthestudy,detailedanalysisModbusagreementrulestheprincipleofModbusagreementbySiemens,andthenCP430STEP7software,usingModbus,slavestationprogramdorealizeModbusfunctionsslavestationacceptinspection。

Keyword:

Modbus,CP430,slavestation,theagreement

目录

第一章绪论5

1.1课题研究5

1.2国内外对于实现ModBus的现状6

1.2.1通过FPGA实现Modbus6

1.2.2通过51单片机实现Modbus6

1.2.3用过PLC实现Modbus6

1.3本文的组织结构7

第二章Modbus协议简介8

2.1协议简介8

2.1.1在Modbus网络上转输9

2.1.2在其它类型网络上转输9

2.1.3查询—回应周期10

2.1.4主站/从站通信时序图11

2.1.5从站状态图11

2.2总体描述12

2.3两种传输方式13

2.3.1RTU模式14

2.3.2ASCII传输模式14

2.4LRC校验16

2.5功能码定义17

2.5.1功能码分类17

2.5.2功能码定义表18

2.6Modbus异常响应19

2.7本章小结20

第三章PLC软件介绍及操作21

3.1项目的新建21

3.2硬件组态22

3.3CP340参数设置23

3.4编写程序25

第四章程序运行流程图26

第五章总结29

致谢30

参考文献31

第一章绪论

1.1课题研究

在现代化工业中，由于被控对象、测控装置等物理设备的地域分散性，以及控制与监控任务对实时性的要求，不同设别之间现场交互性息的传递越来越多。

但传统的工业控制系统软件存在一些问题。

不具备开放性，各个部分的联系过于紧密，使系统过于复杂，使系统的更新、扩展和升级变的非常困难，对系统任何一部分的修改都有可能对其他部分造成影响，从而导致大量且繁琐的软件和硬件的修改。

传统的工业控制软件开发中出现的另一个主要问题是软件的重复开打，软件不能够复用，资源不能共享，造成大量的人力和物理资源的浪费。

即使可以使用高级语言函数库使我们可以利用面向对象的继承等方法大量的重用源代码，但是这些复用只是对源代码级的复用而不是对可执行文件级的复用。

传统工业控制系统带来的不便，造成形成了大量的“孤岛信息”，但是，对于工业控制而言，各站点之间不是孤立的，它们必须可以相互配合、协调才能保证产品质量和实现连续生产。

另外，上级管理网业需要与子站交互数据，以实现全局的监控和优化。

然而，子站使采用不同开发平台和不用通讯协议组成的异构系统，可能由于不同的厂家和个位开发。

要为每种协议写一个转换接口或驱动是比较繁琐的，特别是在站点和协议较多的时候。

因此，怎样有效集成数据，避免信息孤岛的出现，是工业控制领域中常遇到的难点问题。

较为好的方法就是各站点都采用标准协议进行数据通讯，而不必为每一种协议开发一个通讯接口。

目前这方面的协议比较多，MODBUS就是其中一种。

ModBus协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是通过何种网络进行通信的，它制定了消息域的格局和内容的公共格式，描述了一个控制器请求访问其它设备的过程，回应来自其它设备的请求，以及如何侦测并记录错误信息。

通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络和其它设备之间可以完成信息和数据的交换与传送，使各种不同的公司和厂家的可编程顺序控制器（PLC）、RTU、SCADA系统、DCS或与兼容ModBus协议的第三方设备之间可以连成工业网络，构建各种复杂的监控系统，并利于系统的维护和扩展，这个通讯协议已广泛被国内外各行业作为系统集成的一种通用工业标准协议。

1.2国内外对于实现ModBus的现状

目前Modbus协议实现方式多为单片机和PLC。

1.2.1通过FPGA实现Modbus

有用FPGA实现的，ModBus协议的FPGA功能设计采用自顶向下的设计方法，根据功能要求先设计出由若干个功能模块组成的顶层原理框图，再把各个功能模块细化为子模块，对较复杂的把子模块继续划分成下级子模块，但是FPGA是门级编程，编写速度不快，它是基于SRAM编程的，其编程信息需要存放在外部存储器盛，需外部存储器芯片，使用方法复杂，保密性差。

1.2.2通过51单片机实现Modbus

通过51单片机实现的，有单片机实现设计简单，程序编写简单，成本低，但单片机主要在仪表和简单的控制电路上应用，相对于PLC，单片机控制速度慢，功能不强，精度低，不适合工业上的运用。

1.2.3用过PLC实现Modbus

用PLC来实现ModBus的程序设计，CP340针对MODBUS协议自由组织程序代码与从站进行通讯，根据需要支持功能码1,2,3,4,5,6,15,16，CRC校验，灵活应用，减少PLC内存资源；针对MODBUS协议自由组织程序代码与主站进行通讯，根据需要支持功能码1,2,3,4,5,6,15,16，主站可查询DI/DO，MVV区，AIVV区，DB区（生成标准MODBUS寄存器地址），灵活应用，减少PLC内存资源。

用CP340实现MODBUS简便，费用低廉，且复制性强。

1.3本文的组织结构

本文介绍了Modbus协议原理，STEP7软件如何实现CP430做Modbus从站，并得出仿真结果。

第1章、绪论。

接受Modbus协议的产生和国内外发展趋势。

第2章、Modbus协议简介。

介绍Modbus协议规范，协议报文结构、两种传输模式的消息帧结构，功能定义，纠错方法。

第3章、PLC软件介绍。

介绍STEP7软件的使用，各参数配置方法，主要功能函数实现方法。

第4章、程序运行流程图。

绘制出整个程序运行的流程图。

第5章、总结。

总结本课题所工作，及通过本课题的收获、讨论如何进行下一步工作。

第二章Modbus协议简介

2.1协议简介

Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。

通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。

它已经成为一通用工业标准。

有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。

此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。

它描述了一控制器请求访问其它设备的过程，如果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。

它制定了消息域格局和内容的公共格式。

当在一Modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。

如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。

在其它网络上，包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。

这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。

2.1.1在Modbus网络上转输

标准的Modbus口是使用一RS-232C兼容串行接口，它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。

控制器能直接或经由Modem组网。

控制器通信使用主—从技术，即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询）。

其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相应反应。

典型的主设备：

主机和可编程仪表。

典型的从设备：

可编程