Codesys + BeagleBone PLC控制达到小儿科水平之Modbus TCP通讯

Codesys + BeagleBone PLC控制达到小儿科水平之Modbus TCP通讯

1，项目目标

准备将自己设计的AM335x平台变成一个PLC平台，所以准备学习一些有关PLC控制和开发的技术。

2，项目环境

因为Beaglebone 使用的也是AM335x处理器，所以准备先在Beaglebone 平台上练练手。

硬件：

           Beaglebone black C版本

软件：

            Beaglebone Debian操作系统。

  CODESYS 64 3.5.18

本文地址：

Codesys + BeagleBone PLC控制达到小儿科水平之Modbus TCP通讯_dylanZheng的博客-CSDN博客

3，Modbus的基础知识

如果对Modbus协议本身内容不是很熟悉，也不影响阅读本文。只需要知道它是一套基于主从设备的通讯协议即可。

如果想了解多一些，可以参考以下本人觉得很不错的文档：

https://ipc2u.com/articles/knowledge-base/detailed-description-of-the-modbus-tcp-protocol-with-command-examples/#progr

4，实验的设定

因为Modbus是一个通讯协议，所以至少需要2个设备。一个是主设备，一个是从设备，当然可以多个从设备。这里我们设定Beaglebone为主设备，PC机为从设备。Beaglebone发起通信，向从设备（PC机）写数据或者是读数据。

5，设定Beaglebone 为Master

通过USB0连接Beaglebone 到PC机。因为在Beaglebone中USB0是当做网口使用的，它的IP地址是192.168.7.2。如图。

图1，USB0是一个网口

打开Codesys工程，添加Ethernet设备：

 

图2，添加以太网口

在新建的Ethernet设备上，右击， 继续添加Modbus TCP Master设备：

 图3，添加Modbus_TCP_Master设备

使用类似的方法，继续添加Modbus_TCP_Slave设备。

（注意这里添加的slave设备，并不是说Beaglebone上有一个slave物理设备，它只是提供一个接口，让主设备能够预先知道从设备支持的一些配置信息，如支持的modbus的数据类型等）

添加完成后的设备树结构，如图4的标识1部分所示。

添加设备完成后， 就可以开始配置设备。如下图步骤所示：

图4，配置或者获取Beaglebone的以太网口 

1. 选择Ethernet
2. 点击General
3. 点击Browse，这个时候会弹出登录界面：

 图5，登录Beaglebone界面

输入用户名和密码后，Codesys会从beaglebone中读取它的网口信息，并返回数据，让用户选择使用哪一个网口：

图6，Codesys从beaglebone中获得的网口信息

对比图1和图6，可以看出codesys读取的信息是正确的，此时，根据实际情况选择使用的网口。因为我们使用的是USB0，当然就选择USB0。

再继续点击IO mapping, 选择Bus cycle task 为Main Task，这是为了让以太网的数据能够通过主任务更新。

图7，设定以太网的bus cycle。

以太网的配置就完成了，下面继续配置Master。

图8，Master的配置

1. 点击Modbus_TCP_Master
2. 点击General
3. 设定数据包超时的时间。这是使用默认值，如果网口信号不好的话，可以增大这两个时间。

另外勾选上Auto-reconnect。

继续设置Slave：

图9， Slave的配置

1，点击Modbus_TCP_Slave

2，点击General

3，设定从设备的IP地址。这里要根据自己的实际情况设定。在本人的计算机上，使用ipconfig命令查看IP地址，可以发现对应Beaglebone USB线的网口地址是192.168.7.1。因此在上图中设定从设备的IP地址是192.168.7.1.  从设备的端口号是502。 这个是固定的，不要改成其他端口。

图10，查看本机USB口的以太网IP地址：

最后一个配置，也是非常重要的和Modbus相关的配置，就是需要设定slave设备支持的modbus 协议数据包。在codesys中，称为Channel。如图11所示：

 图11，添加slave设备的channel

1，点击Modbus_TCP_Slave

2，点击Modbus Slave Channel

3，点击Add Channel。

这里我们选定两个Channel，一个负责写从设备寄存器，一个读从设备的输入寄存器。

寄存器的长度都是2，，偏移地址0x00。这里的单位是word，也就是16bit，所以2 个word，实际是4字节数据。

  

    图12，读寄存器和写寄存器命令设定

将上述的设定存盘后，Master 设定就完成了。可以编译并下载到beagle bone板子上。

6， 设定PC机为Modbus的从设备

另外打开一个codesys，新建一个工程。这个工程的目的是将PC机配置为一台PLC，所以它选择的PLC设备不是beaglebone设备，而是Win V3 x64这个基于Windows的虚拟PLC。

图13，新建基于Win V3的工程

 同样分别添加Ethernet和modbus slave设备：

图14，添加Ethernet设备和ModbusTCP Slave设备。

同样需要设定设备的IP地址

1. 点击Ethernet
2. 点击General
3. 点击Brower…

图15，Gateway not configured property的错误

 这里在第三步的时候会爆“Gateway not configured property”的错误。

原因是还没有安装CODESYS Control Win SL。从网站上下载它：

CODESYS Control Win SL | CODESYS Store International

需要注意的是下载的包里面包括2个文件，如下图

图16，CODESYS Control Win SL安装包内容

其中exe文件其实在安装Codesys开发环境的时候已经安装过了，这里不需要再安装，只要安装其中后缀名为package的文件就好。安装的步骤可以参看下面的文章中关于安装CODESYS Control for BeagleBone SL 的步骤

Codesys + BeagleBone PLC控制达到小儿科水平_dylanZheng的博客-CSDN博客

安装后，还需要使能CODESYS Control Win，如下图，点击PC机右下角，可以看到有一个灰色的立方体。点击，选择“start PLC”

图17，使能 CODESYS Control Win SL

这个时候，应该就能够连接上设备了。如果没有连接上，点击Scan Network，确保设备连接上了，如下图

图18，Win V3 PLC连接上了

再次回到图15的位置，点击Browse.., 正常情况下，就能弹出PC机上的网络接口了。

图19，PC机上的网络接口

重新将网口信息拷贝如下，如果此时USB是连接着beaglebone板子的，就能够找到类似Ethernet2的配置，IP地址为192.168.7.1

图20， PC机中USB口的以太网接口

同样的， PC机作为从设备，需要设定从设备的配置。

点击ModbusTCP_Slave_Device à General

设置端口号502，寄存器长度为2个word。

 图21，从设备的配置

继续设置从设备支持的命令bus cycle和数值更新

1. 点击ModbusTCP_Slave_Device
2. 点击Modbus TCP Slave Device I/O mapping
3. 选择Main Task以及Enable1

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图22 设置从设备支持的命令bus cycle和数值更新

7， Modbus的测试

分别将步骤5和6的工程编译，下载，运行后，查看Modbus是否运行正确。

更改从设备的输入寄存器的数字，可以看到主设备的对应寄存器数值会更新。

更改主设备的写寄存器的数字，从设备中对应的数值也会更新。如图22所示。

图23， Modbus的测试

更改寄存器的数字的过程如下图所示：修改列Prepareed Value的值，然后点击命令

Debug -> Write Values.

图24，更改寄存器的数值

调试的过程中，也可以使用Wireshark来抓取数据包，进一步查看收发数据的过程。打开Wireshark，选择抓取数据包的网口是Ethernent2，即对应beaglebone连接的USB接口

图25，Wireshark选择抓取的网口

使用关键字 mbtcp来过滤数据包，如下图所示。可以看到每一次主设备会发送Query,从设备会发送Response.

图26， Modbus的传输过程

在最开始配置和测试的过程中，发现Modbus的从设备Not running，如下图：

图27，从设备not running。

本人重新启动PC机后，问题就得到解决。

…………………………………完…………………………………………………………………………