1026 【萬(wàn)泉河】?jì)?yōu)雅到極致的MODBUS庫函數計劃

在工控行業(yè)，無(wú)論使用哪一個(gè)品牌平臺的PLC， MODBUS都是其中最重頭的通訊協(xié)議。 而因為MODBUS通訊協(xié)議性質(zhì)本身，實(shí)現通訊有一定的難度。 而且每做一個(gè)新項目，通訊程序都還要重新再調試一遍，所以比較頭疼。 這是因為MODBUS的輪尋機制是必須在程序中編程實(shí)現。

比如一個(gè)COM端口， 一條485總線(xiàn)上面掛了N個(gè)MODBUS設備， 那么就需要做循環(huán)，對每個(gè)設備的每個(gè)數據區輪番做READ或者WRITE查詢(xún)。而如果設備的類(lèi)型不同， 還需要每個(gè)單獨處理數據區和數據。

這一點(diǎn)在自動(dòng)化項目時(shí)非常令人頭疼。 所以，大家伙在入門(mén)之后，就不滿(mǎn)足于僅僅能實(shí)現通訊功能了， 紛紛摸索實(shí)現模塊化的方法，以期實(shí)現MODBUS通訊的優(yōu)雅實(shí)現。

然而，最優(yōu)雅的MODBUS通訊見(jiàn)過(guò)沒(méi)？

最理想的優(yōu)雅到極致的模塊化的實(shí)現方式應該是：

比如485網(wǎng)絡(luò )上有一臺MODBUS通訊的DANFOSS變頻器，那么只需要一個(gè)完全定制封裝好的FB庫函數：

拖到OB1程序來(lái)，管腳參數中標明這臺變頻器的MODBUS地址，然后就可以實(shí)現以通信方式的控制了。

當然不是指一定要直接在OB1中，而是指在OB1架構下，只需要這一個(gè)模塊的一個(gè)調用。 除此之外所有類(lèi)似于初始化，通訊握手等的指令，一概不需要做了。 因為全部在這一個(gè)模塊內部實(shí)現了。

而如果有多個(gè)站，也只不過(guò)是再拖入調用多個(gè)實(shí)例。

而如果485總線(xiàn)上有多個(gè)類(lèi)型的站點(diǎn)， 那么通過(guò)設計不同設備類(lèi)型的FB， 也是同樣拖入，即可實(shí)現通訊功能。

這是在面向對象架構，把設備全部都作為對象處理的情況下。 本人專(zhuān)著(zhù)《PLC標準化編程原理與方法》中P149頁(yè)開(kāi)始的2個(gè)節有介紹過(guò)。

書(shū)中介紹的變頻器是ABB，而本文中發(fā)的是DANFOSS。即，其實(shí)我們在后期隨著(zhù)工程應用的需要，已經(jīng)把這2個(gè)品牌型號的變頻器的通訊控制都做成了庫函數。

而在非面向對象的架構下， 比如文章《0905 【萬(wàn)泉河】80模擬量例子程序升級版V2.0》中介紹的使用MODBUS通訊的遠程IO， 則可以使用低一層的封裝塊：


其中數據區BUFF，指向了一個(gè)定義好的全局數據塊：

這樣數據塊中的數組內的數值4X[1]就直接代表了此站點(diǎn)模塊的40001通道的數值，就可以直接在程序中使用了。

注意看到上面的FB的管腳都有一個(gè)SUBNET， 含義是如果1個(gè)PLC系統內有多條485的總線(xiàn)，也是可以的。 比如需要通信的站點(diǎn)比較多，在一個(gè)總線(xiàn)上面輪詢(xún)的周期太長(cháng)， 數據刷新不夠快的情況下，可以通過(guò)增加PTP模塊或者M(jìn)ODBUS TCP轉RTU網(wǎng)關(guān)的方式，增加到多條總線(xiàn)。

而在設備的參數部分，只需要輸入總線(xiàn)編號和站地址，就可以區分了。

前面的介紹沒(méi)有區分MODBUS RTU和TCP， 其實(shí)這兩者都是需要輪詢(xún)的。 即便是TCP，理論上講可以使用多個(gè)端口同時(shí)通訊，但在實(shí)際操作中，PLC系統分配給TCP通訊的通訊資源是有限制的。 如果要同時(shí)通訊， 一個(gè)站點(diǎn)的讀和寫(xiě)就要分別占用了2個(gè)端口，資源會(huì )快速耗盡。

而在MODBUS TCP的協(xié)議定義中，也仍然有站地址的標記，我們現在知道了，是為了TCP/RTU的網(wǎng)關(guān)設計的，即當使用網(wǎng)關(guān)把485總線(xiàn)轉換為以太網(wǎng)之后，報文中仍然需要有站地址的區分， 以實(shí)現一整條485總線(xiàn)上的所有從站的數據，都可以有區分地被主站讀取。

我們設計的SUBNET網(wǎng)絡(luò )的定義，在100以下為RTU，而100以上為T(mén)CP，由此實(shí)現了通用兼容。

這些功能，在書(shū)中只是做了介紹，但并沒(méi)有直接講解實(shí)現的代碼。 因為這些是屬于底層的搭建庫的需要，書(shū)中只是介紹方法，具體的設計工作仍然需要工程師各自實(shí)現。

甚至對煙臺方法的學(xué)員，這部分的庫和代碼也并沒(méi)有提供。 煙臺方法提供的只是思想架構方法，并不提供程序代碼，更不承擔代碼正確的責任。 這是煙臺方法和市面上的制作庫函數售賣(mài)或者分享的一些個(gè)人不同。因為做的是完全不同的事情。

甚至， 我也鼓勵一些學(xué)員可以嘗試使用各種各樣的現成的庫函數來(lái)做自己公司的標準化項目。那些庫函數，在標準化煙臺方法的眼里，都是基石，可以選擇用來(lái)蓋房子的磚頭。 而煙臺方法是幫助工程師搭建房子的順序方法，每個(gè)公司各自的企業(yè)標準就是所謂的房子。

那么，這套MODBUS的庫函數，本質(zhì)上也是磚頭。 是用來(lái)實(shí)現標準化的模塊。當然是有相關(guān)功能需求的公司才需要，而沒(méi)有用到MODBUS的公司則不需要。

這套庫函數，我已經(jīng)開(kāi)發(fā)完成將近三年了。 而三年中，我們自己的項目在不斷使用，并打磨，逐漸升級完善。 而對外，則只是一小段時(shí)間內做過(guò)小范圍的出售。 大部分時(shí)間里則是雪藏的。并沒(méi)有過(guò)多宣傳，也沒(méi)有推廣。

最近，有學(xué)員和網(wǎng)友來(lái)咨詢(xún)在西門(mén)子之外的PLC平臺實(shí)現的方法，加上我自己正在編著(zhù)《三菱PLC標準化編程煙臺方法》的專(zhuān)著(zhù)，對MODBUS部分庫的欠缺，也有些焦慮。

所以，有計劃把這套庫函數再次拿出來(lái)，以低成本的方式分享給同行。

分享的目的主要是為了擴展。通過(guò)擴展，建立一個(gè)比較龐大齊全的生態(tài)社區。

擴展分兩個(gè)維度。

首先是設備的類(lèi)型，比如支持MODBUS的各種現場(chǎng)設備如變頻器，儀表等等，都需要封裝成專(zhuān)用的庫函數。做好了之后需要的時(shí)候， 從目錄中找到對應型號的庫函數，直接拖入使用即可。

這部分的技術(shù)難度比較小。 比如從ABB變頻器到DANFOSS變頻器，只不過(guò)是各自的參數地址不同， 控制字和狀態(tài)字的定義不同，制作時(shí)只需要照貓畫(huà)虎，在原有的庫函數基礎上改一改，參數部分改好了， 經(jīng)過(guò)實(shí)際應用檢驗通過(guò)了，就可以反饋加入到列表中，這樣再有人需要的時(shí)候，就可以直接使用了。而不需要再去翻手冊找參數，調試實(shí)驗通訊。

另一個(gè)維度的擴展是不同的PLC品牌和型號，這部分的難度比較大。 我目前已經(jīng)做了2個(gè)系列，分別是SIEMENS S7-1200/1500和S7-200 SMART。 而其它的品牌的PLC， 我雖然大都已經(jīng)開(kāi)發(fā)了標準化方法，但MODBUS通訊部分， 目前基本空白。 甚至，大部分品牌的基本的MODBUS 通信我都不會(huì )，因為沒(méi)做過(guò)。

當然，主要還是我個(gè)人目前為止，這兩個(gè)維度上的需求都沒(méi)有。 而要擴展到那么多的自動(dòng)化產(chǎn)品廠(chǎng)家，工作量也是巨大的。

所以，希望的是群策群力，大家一同貢獻， 一同分享的模式。 所有有能力有興趣的同行一起來(lái)做這件事，大家一起貢獻，同時(shí)又可以都有回報。

這就需要一個(gè)比較完善的分享和貢獻回饋機制，而不是簡(jiǎn)單一個(gè)免費分享能做到的。

具體的分享方法，會(huì )在近期整理推出，當然也不會(huì )一次性固化，先搞一個(gè)基本的架構做起來(lái)，以后再持續完善。

在此期間， 也歡迎同行給我私信提供寶貴建議。

我預期的是，將來(lái)實(shí)現MODBUS通訊的人工調試成本大幅度降低。 比如有人要做某個(gè)PLC與某個(gè)設備的MODBUS通訊，只需要來(lái)我們這里翻一翻庫里的目錄，選擇好，拿去直接使用，一次性使用費用在幾十元以?xún)�，如果有多個(gè)類(lèi)型的設備，加起來(lái)也不過(guò)幾百元。 比起個(gè)人摳摳搜搜搭臺子做實(shí)驗，要簡(jiǎn)便和高效地多。 尤其不需要個(gè)人獨立面對通訊失敗的糟糕局面了。 購買(mǎi)之后，有相應的開(kāi)發(fā)者在后臺輔助服務(wù)。

我在剛開(kāi)始做這套庫函數的開(kāi)發(fā)的時(shí)候，寫(xiě)過(guò)文章《【萬(wàn)泉河】MODBUS并行通訊實(shí)現》
https://mp.weixin.qq.com/s/PZX-E3PKicYADcA_yzNlIg
然后就有看不懂的杠子手來(lái)杠我不懂常識， MODBUS跑的物理介質(zhì)都是485總線(xiàn)是串行的， 并不能并行，指責我怎么可以并行通訊。

廢話(huà)， 如果它天生支持并行，就沒(méi)我什么事了。 恰恰因為他底層是串行，我們才可以通過(guò)自己的努力，在應用層面實(shí)現一個(gè)貌似的并行，哪怕是偽并行，也是我們能做到的貢獻。

那么，我們以后就為這套庫機制專(zhuān)門(mén)起個(gè)名字，就叫優(yōu)雅MODBUS庫好了。 翻譯到英文，我稱(chēng)其為Grace Modbus Library ，簡(jiǎn)稱(chēng)GML。優(yōu)雅庫為優(yōu)雅煙臺方法服務(wù)，也可以為未使用煙臺方法的同行服務(wù)。

有老外做過(guò)一個(gè)開(kāi)源的REXHIP項目，我研究過(guò)也分享過(guò)。 但我對他的實(shí)現方法不滿(mǎn)意。 認為比我現在做到的優(yōu)雅程度還差許多。所以不贊成加入他們的開(kāi)源貢獻計劃， 而是搞一套我們中國人自己的庫。