摘要：工業以太網以其特有的低成本，高實效，高擴展性及高智能的魅力，吸引著越來越多的制造業的廠商。因此通過MODBUS/TCP協議實現諸如PLC的I/O模塊，以及連接其它簡單域總線或 I/O模塊的網關服務有重要的意義。本文基于VB討論PLC與監控計算機的通信問題。
關鍵詞：VB MODBUS/TCP協議 可編程控制器 以太網

1、 引言

在網絡的各個層上，隨著自動化和控制工程師需要與網絡打交道的機會越來越多，聯網的愿望和需要也正在逐漸高漲。而且，在監控和數據采集應用中，大多數工程師已將以太網協議應用于數據采集與監視控制系統（SCADA）和工廠的診斷、測試及維護。如何簡便地實現與PLC的交互已經成為眾多廠商新的競爭戰場。由此產生了人機界面及各種組態軟件產品，這些產品的出現簡化了對PLC的控制、操作，使PLC的應用更加方便。但也有其共同的缺點，價格普遍偏高和可二次開發性較差。VB作為“原始”的編程語言，兼具了上述兩方面的優勢。本文結合一個簡單的案例來粗略討論如何通過VB實現PC機與PLC的以太網通信問題。

2、以太網通信的基本概念

2.1以太網的標準

以太網是一種局域網。早期標準為IEEE 802.3，數據鏈路層使用CSMA/CD，10Mb/s速度物理層有：

(1)10 Base 5粗同軸電纜，RG-8，一段最長為500m。
(2)10 Base 2細同軸電纜，RG-58，一段最長為185m。
(3)10 Base T雙絞線，UTP或STP，一段最長為100m。

2.2工業以太網與商用以太網的區別

什么是工業以太網？技術上，它與IEEE802.3兼容，故從邏輯上可把商用網和工業網看成是一個以太網，而用戶可根據現場情況，靈活裝配自己的網絡部件。但從工業環境的惡劣和抗干擾的要求，設計者希望采用市場上可找到的以太網芯片和媒介，兼顧考慮下述工業現場的特殊要求：首先要考慮高溫、潮濕、振動。二是對工業抗電磁干擾和抗輻射有一定要求，如滿足EN50081-2、EN50082-2標準，而辦公室級別的產品未經這些工業標準測試，表1列出了一些常用工業標準。為改善抗干擾性和降低輻射，工業以太網產品多使用多層線路板或雙面電路板，且外殼采用金屬如鑄鋁屏蔽干擾。三是電源要求，因集線器、交換機、收發器多為有源部件，而現場電源的品質又較差，故常采用雙路直流電或交流電為其供電，另外考慮方便安裝，工業以太網產品多數使用DIN導軌或面板安裝。四是通信介質選擇，在辦公室環境下多數配線使用UTP，而在工業環境下推薦用戶使用STP(帶屏蔽雙絞線)和光纖。

2.3 使用TCP/IP協議的原因及其概述

最主要的一個原因在于它能使用在多種物理網絡技術上，包括局域網和廣域網技術。TCP/IP協議的成功，很大程度上取決于它能適應幾乎所有底層通信技術。20世紀80年代初，先在X.25上運行TCP/IP協議；而后又在一個撥號語音網絡(如電話系統)上使用TCP/IP協議，又有TCP/IP在令牌環網上運行成功；最后又實現了TCP/IP遠程分組無線網點與其他Internet網點間TCP/IP通信。所以TCP/IP協議極其靈活，具備連接不同網絡的能力。另外，使用TCP/IP也簡化了OSI模型，因為它省略了表示層和會話層。如果現在把以太網的物理層和數據鏈路層加到OSI模型，就構成了基于以太網的TCP/IP網，如圖1所示。用以太網實現TCP/IP也是經濟的一種方式。

IP是Internet最基本的協議。IP是面向報文的協議，它獨立處理每個報文包，每個報文包必須含有完整的尋址信息。IP報文包的格式如圖2所示。

圖2 IP報文包的格式
IP地址的類型共有4種(如圖3所示)：A類用于處理超大型網絡，最多16387064個主機(1～126)；B類網絡最多可有64516個主機(網絡地址的第一段為128～191)；C類用于小型網絡，最多可有254個主機(網絡地址的第一段為192～223)；D類用于多點播送，用于多目的信息的傳輸。全零(“0.0.0.0”)地址對應于當前主機，全1地址(“255.255.255.255”)是當前子網的廣播地址。

TCP是基于傳輸層的協議，協議文件可從RFC793得到，使用廣泛，面向連接的可靠協議。它能把報文分解為數段，在目的站再重新裝配這些段，支持重新發送未被收到的段，提供兩臺設備間的全雙工連接，允許它們高效地交換大量數據。TCP使用滑動窗口協議來高效使用網絡。由于TCP很少干預底層投遞系統的工作，它適應各種投遞系統，且提供流量控制，能使各種不同速率的系統進行通信。報文段是TCP所使用的基本傳輸單元，用于傳輸數據或控制信息。

3、MODBUS數據幀格式

在TCP/IP以太網上傳輸，支持Ethernet II和802.3兩種幀格式。圖3所示，Modbus TCP數據幀包含報文頭、功能代碼和數據3部分。

4、 MODBUS功能代碼

4.1 3種類型

(1)公共功能代碼(如表2所示)：已定義好的功能碼，保證其唯一性，由Modbus.org認可。
(2)用戶自定義功能代碼有兩組，分別為65～72和100～110，無需認可，但不保證代碼使用的唯一性。如變為公共代碼，需交RFC認可。
(3)保留的功能代碼，由某些公司使用在某些傳統設備的代碼，不可作為公共用途。

表2 Modbus常用公共代碼功能
4.2功能代碼劃分：按應用深淺，可分為3個類別。

（1）類別0，對于客戶機/服務器最小的可用子集：讀多個保持寄存器(fc.3)；寫多個保持寄存器(fc.16)。
（2）類別1，可實現基本互易操作的常用代碼：讀線圈(fc.1)；讀開關量輸入(fc.2)；讀輸入寄存器(fc.4)；寫線圈(fc.5)；寫單一寄存器(fc.6)。
（3）類別2，用于人機界面、監控系統的例行操作和數據傳送功能：
（4）強制多個線圈(fc.15)；讀通用寄存器(fc.20)；寫通用寄存器(fc.21)；屏蔽寫寄存器(fc.22)；讀寫寄存器(fc.23)。

5、VB的基本概念

VB（Visual Basic）是面向對象的程序設計語言，用它來開發Windows操作系統下的應用程序，它提供了很多接口成員，對象、屬性、事件、方法就是4個重要的接口，VB提供了許多常用的控件。

5.1卷標控件

卷標控件如圖4（a）所示，該控件專用于顯示文字、數字用，顯示如圖4(b)所示。