1769-HSC正品
1769-HSC正品
一、引言
Modbus应用层协议由美国Modicon公司(现为施耐德电气旗下品牌)于1979年开发的,用于实现其PLC产品与上位机的通信。由于其简单易用,得到了广大工业自动化仪器仪表企业的采纳与支持,实际上已成为了***标准。Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP等。这些年来,随着PLC的不断发展,网络通讯功能要求越来越高。一方面,网络化,集成化的要求,使得PLC需要越来越多的接入到计算机监控网络中,作为网络的一个节点。另一方面,智能仪表应用越来越广,因此要求PLC具备较多的现场总线接口,能直接与智能仪表进行通讯。鉴于此,1999年施奈德电气发布了Modbus TCP协议,使得以太网上的Modbus设备可以通过502端口进行通信①。
二、模块总体设计
本模块采用基于Cortex-M3内核的***ARM LPC1758为CPU主控芯片,工作频率为100 MHz。它内置高速存储器(高达512K字节的闪存和64K字节的SRAM),丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设。同时集成多个标准和***的通信接口:I2C、SPI、I2S、SDIO、USART、USB Host/Device/OTG、CAN、Ethernet MIC等。本模块硬件结构如图1所示:
图1
CPU通过PHY向以太网总线传输Modbus TCP数据,向RS232或RS485总线传输Modbus RTU数据。考虑工业现场应用,串口接口和LAN接口均需要隔离,才能***电气上,可靠稳定。支持ISP,便于模块生产。JTAG只有在研发调试时用到。拨码配置主要配置工作模式,IP地址,波特率。
三、硬件设计
CPU LPC1758芯片自身并不集成以太网PHY,而提供了使用RMII(简化的媒体独立接口)协议和片上MIIM(媒体独立接口管理)串行总线、还有MDIO(管理数据输入/输出)来实现与片外以太网PHY之间的连接。本设计采用DP83848C物理层PHY芯片,它是美国国家半导体公司生产的一款鲁棒性好、功能全、功耗低的10/100 Mbps单路物理层(PHY)器件。它支持MII(介质无关接口)和RMII(精简的介质无关接口),使设计更简单灵活;同时,支持10BASE~T和100BASE-TX以太网外设,对其他标准以太网解决方案有良好的兼容性和通用性②。
图2为LPC1758和DP83848C之间的接口电路,图3为DP83848C驱动输出隔离电路。
图2 LPC1758和DP83848C之间的接口电路
图3 DP83848C驱动输出隔离电路
PCB布局方面,精度为1%的电阻和100 nF的去耦电容应靠近PHY器件放置,并通过***的路径到电源。两对差分信号(TD和RD)应平行走线,避免短截,且尽量***长度匹配,这样可以避免共模噪声和EMI辐射。理想情况下,信号线上不应有交叉或者通孔,同时,差分线应尽可能走在一面。
四、软件设计
本模块设计结构,从功能上可以设计成两种工作模式:Modbus TCP从站模式,Modbus TCP主站模式。Modbus TCP从站模式,是把以太网总线Modbus TCP请求转化成串口总线Modbus RTU请求,也就是以太网设备从PLC读出数据;Modbus TCP主站模式,是把串口总线Modbus RTU请求转化成以太网Modbus TCP请求,也就是PLC从以太网设备读入数据。下面以Modbus TCP从站模式为例。
4.1 模块配置
表1 拨码功能配置表模块配置主要是通过8位拨码开关实现,通过这拨码开关配置模块的工作模式,以太网IP地址,串口RTU地址,波特率。如表1所示:
8位拨码配置
4.2 以太网驱动开发
驱动开发包括两部份:芯片物理层驱动(MAC,PHY)和TCP/IP协议层驱动。芯片物理层驱动主要是对LPC1758的以太网控制器和PHY芯片的初始化和控制输入输出的函数化打包,以便供TCP/IP协议层驱动调用。TCP/IP协议层驱动开发需要参考TCP/IP标准协议,下图4比较清晰明了的介绍TCP/IP协议状态变化图③。
图4 TCP的状态变迁图
对于从站模式(服务器模式),每一个TCP请求连接对应一组状态图,把这些状态归纳入一个结构体,然后再创建结构体链表,系统程序通过维护监测链表,可以实现多客户端同时请求通讯。
4.3 Modbus TCP和Modbus RTU协议开发
参考Modbus TCP和Modbus RTU协议标准,不难实现PLC与本模块的Modbus RTU以及本模块与外部以太网设备的Modbus TCP数据通讯。然后在本模块程序内部完成数据包的Modbus TCP和Modbus RTU之间数据转换,采用透明传输方式,即把从一个端口接收出来的数据转换后立即从另一个端口输出去。Modbus TCP相比Modbus RTU报文格式,多了六个字节的前缀,少了后面的CRC校验,它是采用TCP/IP 和链路层(以太网)校验和机制来校验分组交换的准确性。
4.4 模块状态监测
模块状态监测包括:系统运行状态,Modbus RTU通讯状态,Modbus TCP连接状态、通讯状态,以及通讯异常报警。
4.5 通讯测试
实验平台采用NA200 PLC挂载本模块,然后通过网络交叉线和PC电脑相连,利用网上免费网络调试工具SocketTool2进行通讯测试。先在SocketTool2建立客户端,然后连接,发送测试通讯数据十六进制000000000006500600C90055,查看是否有数据返回。
五、结束语
本文设计的Modbus TCP通讯模块,能和现有PLC稳定连接,从成本、性能上都将是个比较好的选择。前文介绍的是以从站模式为例,对于主站模式,可以PLC利用串口对通讯模块设置通讯请求的从站信息(IP地址等)。在不改变硬件的基础之上,通过软件升级,可以把模块功能更加完善。比如:满足通讯模式一主多从、一从多主、以及自定义通讯的现场应用需求。同时本文提出的思路也可以作为一种通用方案,推广到类似的产品开发中。
Panasonic MUMS3AZA1E0S Servo Motor & MUDB3A2AAD Servo Drive Set new 0190-23545
Panasonic AC Servo Motor MHMD042P1U New in Box Free Ship
TEXAS INSTRUMENTS PLC 500-2102 USPP 5002102
TEXAS INSTRUMENTS PLC PM550-5040 NSPP PM5505040
ALLEN BRADLEY 8600-2158S USPP 86002158S
BALDOR MTE-4070-BLBCE NSFP MTE4070BLBCE
LEYBOLD CM31 USPP CM31
TEXAS INSTRUMENTS PLC 5TI-1013 USPP 5TI1013
TOLEDO SCALE H10987100A NSFP H10987100A
Texas Instruments PM550-200
TEXAS INSTRUMENTS PLC 505-7510 USPP 5057510
TEXAS INSTRUMENTS PLC 530C-6202 USPP 530C6202
ASEA BROWN BOVERI YYT-102D USPP YYT102D
TEXAS INSTRUMENTS PLC 555-1103 NSPP 5551103
ASEA BROWN BOVERI ACS601-0011-4-000B1500801 USPP ACS60100114000B2
TEXAS INSTRUMENTS PLC PM550-110 USPP PM550110
PANASONIC ZUEP52593 SERVO CPU CARD
SIMPLEXGRINNELL 2850-9004 NSPP 28509004
ASEA BROWN BOVERI 05MA21 USPP 05MA21
SIEMENS 6SN1118-0DA11-0AA0 NSPP 6SN11180DA110AA0
ITE SIEMENS CED63B015L NSFP CED63B015L
NEW TEXAS INSTRUMENTS 520C-1102
FISCHER & PORTER 53MC5412A25BACXDXFXX USPP 53MC5412A25BACXD
SMC MY1B63-1400 NSFP MY1B631400
ASEA BROWN BOVERI YB560103-BN USPP YB560103BN
TEXAS INSTRUMENTS PLC VPU210-3104 USPP VPU2103104
TEXAS INSTRUMENTS PLC PM550-551 NSPP PM550551
ASEA BROWN BOVERI 57088648 NSFP 57088648
Panasonic MSD021P1E AC servo driver 100V 200W
ASEA BROWN BOVERI EH260C-1 USPP EH260C1
Panasonic AC Servo Motor MDMA152A1C 1.5kW with Plugs
ASEA BROWN BOVERI 3ADT220026R0001 USPP 3ADT220026R0001
TEXAS INSTRUMENTS PLC 500-5892 USPP 5005892
ALLEN BRADLEY 2711-TC1 USPP 2711TC1
GETTYS M313A-B00-102 USPP M313AB00102
PERCEPTRON DIGITAL 3 TRICAM 917-4010 LASER DIGITAL SURFACE SENSOR
TEXAS INSTRUMENTS PLC 944935-1541R-AE USPP 9449351541RAE
ASEA BROWN BOVERI 3HAB-2206-1/1 USPP 3HAB220611
Texas Instruments 500-2151
TEXAS INSTRUMENTS PLC 7MT-600 NSFP 7MT600
Panasonic AC Servo Motor MFA200LB2BSA #37513
NACHI USADED-37-F3 USPP USADED37F3
Texas Instruments 500-5039 NEW!
OMRON F30 NSFP F30
TEXAS INSTRUMENTS PLC RTU-8635-SSD USPP RTU8635SSD
ASEA BROWN BOVERI ACS501-050-40AP2 USPP ACS50105040AP2
ASEA BROWN BOVERI 57120001-FG USPP 57120001FG
Texas Instruments 5TI-3100
GENERAL ELECTRIC DS3800HSCC1D USPP DS3800HSCC1D
SQUARE D 3050-SD-300-X1 USPP 3050SD300X1
ALLEN BRADLEY 1326AB-B520E-21 USPP 1326ABB520E21
ASEA BROWN BOVERI 3HAB2242-1 USPP 3HAB22421
SIEMENS TEXAS INSTRUMENTS 505-6204 ANALOG MODULE XLNT FAST SHIPPING
ALLEN BRADLEY 8520-3APA1 USPP 85203APA1
Texas Instruments 5TI-1029-1
INDRAMAT DDS2.1-A150-D USPP DDS21A150D
PANASONIC SERVO DRIVER MfDDTA390L01 3KW
TEXAS INSTRUMENTS PLC 545-1103 NSFP 5451103
ASEA BROWN BOVERI ACH501-015-4-00P2 USPP ACH501015400P2
PERCEPTRON 911-0052 USPP 9110052
ASEA BROWN BOVERI 5730030-DN USPP 5730030DN
SAJF// PANASONIC MDDDT5540L01 AC SERVO USED
Texas Instruments PM550-112
SIEMENS/TI/CTI 2550 505-2550 505 PLC
TEXAS INSTRUMENTS PLC PM550-5040 USPP PM5505040
AUTOTECH 140SAC-QDNET-010 USPP 140SACQDNET010
TEXAS INSTRUMENTS PLC 575-6663 USPP 5756663
Panasonic AC Servo Driver MSDA083A1A New in Box Free Ship
Panasonic MFA150LB5NPJ AC Servo Motor
CONTROL TECHNIQUES CDE-150 NSFP CDE150
TEXAS INSTRUMENTS PLC 505-6010 NSFP 5056010
MITSUBISHI A3A-CPU-P21 USPP A3ACPUP21