基于 LabVIEW的 ModBus TCP网络的可靠性设计
摘要：LabVIEW中关于ModBus TCP的两种编程方法，调入函数的方式较I/O服务器方式稳定，但需要进行地址转换，详述地址转换方法。
关键词：LabVIEW；ModBus TCP
0 引言
在LabVIEW进行ModBus TCP编程时通常可以采用两种方法：在项目中创建关于ModBus TCP的I/O服务器和调用数据通信函数中的ModBus TCP函数，通常使用第一种方法。但在使用过程中，虽然在项目中创建I/O服务器的方式可以批量创建和编辑绑定变量，编程效率高，操作简单，但时常出现第一次运行通信失败的故障，非常影响运行效率。采用调用函数的方式则不会出现这种故障，通信连接成功率几乎百分之百，但在编程时需要特别注意地址转换问题。
1 ModBus TCP的网络模型
ModBus TCP是ModBus协议和TCP/IP协议结合的产物，其网络模型如表1所示，可以看出Mo
dBus协议在7层应用层，因此该协议本质是一种TCP/IP协议的应用，在设计ModBus TCP服务器时PC端IP和PLC端IP在设置在同一网段。
表1 ModBus TCP网络模型
层
ISO/OSI模型
7
应用层
ModBus协议
6
表示层
空
5
会话层
空
4
传输层
TCP
3
网络层
IP
2
数据链路层
CSMA/CD带冲突检测的载波监听多路访问
1
物理层
以太网物理层（IEEE 802.3）
2 两种编程方法
2.1 ModBus TCP的I/O服务器创建
安装好DSC模块以后新建一个LabVIEW项目，右击我的电脑，新建，选择I/O服务器，出现如图1左所示的界面，选择Modbus。如图1右所示，设置ModBus服务器的参数，选择Modbus以太网，设置服务器地址、刷新率、PLC的IP地址等。如图2左所示，创建绑定变量，依据PLC中各个变量的ModBus TCP对应表进行选择，此处为6位长度地址，通常0开头为DO、1开头为DI、3开头为AI、4开头为保持寄存器值。如图2右所示，批量编辑变量名称、数据类型和访问方式。如图3所示，在VI文件中选择一个变量绑定网络地址（如按钮绑定地址为000001的数字输出1）。
图1 创建ModBus的I/O服务器
图2 批量创建和编辑绑定变量
图3 应用变量绑定网络变量
2.2 ModBus TCP调用函数创建
新建VI文件，打开Modbus Master函数栏，如图4左所示，该栏包含了ModBus服务器的全部函数。选用创建主设备函数，选择新建TCP主设备，输入PLC的IP地址和端口号（502），
连接读取输入寄存器、写入线圈等业务函数，最后连接错误输出函数，在界面监视网络状态。如图4右所示，为写入单个保持寄存器函数，需要输入的参数主要有ModBus主设备数据流、地址和待写入寄存器值，需要注意的是地址的数据范围为0-65535，而PLC表中的地址为6位（如400001），此时需要进行转换。
图4 ModBus Master函数栏和写入保持寄存器函数
如表2所示，六位地址起始位为1，五位地址起始位为0，相互转换要去一位减1，I/O服务器中识别六位地址，调用函数识别五位地址的有效数字，通过不同的函数类型区分数据类型，即PLC地址的首位。
表2 地址转换表
数据类型
PLC地址类型1
PLC地址类型2
I/O服务器地址
调用函数类型tcp ip协议在设计时
函数的输入地址
DO
000003
00002
000003
写入线圈
2
DI
100003
10002
100003
读取线圈
2
AI
300003
30002
300003
读取输入寄存器
2
保持寄存器
400003
40002
400003
读取/写入保持寄存器
2
3 调用函数方法的应用
如图5、图6所示为调用四种业务函数的示例，读取模拟量和数字量分两个线程，线程中设置循环周期为100ms，该示例为一个伺服电机闭环恒压加载系统。如图5所示，模拟量选用读取输入寄存器函数，读取后进行量程换算显示，如压力、位移。如图6所示，伺服电机的控制根据压力值经过PID计算后设置增加的脉冲个数，选用写入保持寄存器函数，设置包括空载转速脉冲数、占空比、增加的脉冲数等；选用写入线圈函数，控制电机转向、电机伺服使能；选用读取线圈函数，读取行程两端限位开关。

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