1026 【萬泉河】優(yōu)雅到極致的MODBUS庫函數(shù)計(jì)劃
在工控行業(yè)，無論使用哪一個(gè)品牌平臺的PLC， MODBUS都是其中最重頭的通訊協(xié)議。 而因?yàn)镸ODBUS通訊協(xié)議性質(zhì)本身，實(shí)現(xiàn)通訊有一定的難度。 而且每做一個(gè)新項(xiàng)目，通訊程序都還要重新再調(diào)試一遍，所以比較頭疼。 這是因?yàn)镸ODBUS的輪尋機(jī)制是必須在程序中編程實(shí)現(xiàn)。
比如一個(gè)COM端口， 一條485總線上面掛了N個(gè)MODBUS設(shè)備， 那么就需要做循環(huán)，對每個(gè)設(shè)備的每個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)輪番做READ或者WRITE查詢。而如果設(shè)備的類型不同， 還需要每個(gè)單獨(dú)處理數(shù)據(jù)區(qū)和數(shù)據(jù)。
這一點(diǎn)在自動化項(xiàng)目時(shí)非常令人頭疼。 所以，大家伙在入門之后，就不滿足于僅僅能實(shí)現(xiàn)通訊功能了， 紛紛摸索實(shí)現(xiàn)模塊化的方法，以期實(shí)現(xiàn)MODBUS通訊的優(yōu)雅實(shí)現(xiàn)。
然而，最優(yōu)雅的MODBUS通訊見過沒？
最理想的優(yōu)雅到極致的模塊化的實(shí)現(xiàn)方式應(yīng)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(shù)：
拖到OB1程序來，管腳參數(shù)中標(biāo)明這臺變頻器的MODBUS地址，然后就可以實(shí)現(xiàn)以通信方式的控制了。
當(dāng)然不是指一定要直接在OB1中，而是指在OB1架構(gòu)下，只需要這一個(gè)模塊的一個(gè)調(diào)用。 除此之外所有類似于初始化，通訊握手等的指令，一概不需要做了。 因?yàn)槿吭谶@一個(gè)模塊內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了。
而如果有多個(gè)站，也只不過是再拖入調(diào)用多個(gè)實(shí)例。
而如果485總線上有多個(gè)類型的站點(diǎn)， 那么通過設(shè)計(jì)不同設(shè)備類型的FB， 也是同樣拖入，即可實(shí)現(xiàn)通訊功能。
這是在面向?qū)ο蠹軜?gòu)，把設(shè)備全部都作為對象處理的情況下。 本人專著《PLC標(biāo)準(zhǔn)化編程原理與方法》中P149頁開始的2個(gè)節(jié)有介紹過。
書中介紹的變頻器是ABB，而本文中發(fā)的是DANFOSS。即，其實(shí)我們在后期隨著工程應(yīng)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(shù)。
而在非面向?qū)ο蟮募軜?gòu)下， 比如文章《0905 【萬泉河】80模擬量例子程序升級版V2.0》中介紹的使用MODBUS通訊的遠(yuǎn)程IO， 則可以使用低一層的封裝塊：
其中數(shù)據(jù)區(qū)BUFF，指向了一個(gè)定義好的全局?jǐn)?shù)據(jù)塊：
這樣數(shù)據(jù)塊中的數(shù)組內(nèi)的數(shù)值4X[1]就直接代表了此站點(diǎn)模塊的40001通道的數(shù)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(tǒng)內(nèi)有多條485的總線，也是可以的。 比如需要通信的站點(diǎn)比較多，在一個(gè)總線上面輪詢的周期太長， 數(shù)據(jù)刷新不夠快的情況下，可以通過增加PTP模塊或者M(jìn)ODBUS TCP轉(zhuǎn)RTU網(wǎng)關(guān)的方式，增加到多條總線。
而在設(shè)備的參數(shù)部分，只需要輸入總線編號和站地址，就可以區(qū)分了。
前面的介紹沒有區(qū)分MODBUS RTU和TCP， 其實(shí)這兩者都是需要輪詢的。 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(tǒng)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)的讀和寫就要分別占用了2個(gè)端口，資源會快速耗盡。
而在MODBUS TCP的協(xié)議定義中，也仍然有站地址的標(biāo)記，我們現(xiàn)在知道了，是為了TCP/RTU的網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)的，即當(dāng)使用網(wǎng)關(guān)把485總線轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)之后，報(bào)文中仍然需要有站地址的區(qū)分， 以實(shí)現(xiàn)一整條485總線上的所有從站的數(shù)據(jù)，都可以有區(qū)分地被主站讀取。
我們設(shè)計(jì)的SUBNET網(wǎng)絡(luò)的定義，在100以下為RTU，而100以上為TCP，由此實(shí)現(xiàn)了通用兼容。
這些功能，在書中只是做了介紹，但并沒有直接講解實(shí)現(xiàn)的代碼。 因?yàn)檫@些是屬于底層的搭建庫的需要，書中只是介紹方法，具體的設(shè)計(jì)工作仍然需要工程師各自實(shí)現(xiàn)。
甚至對煙臺方法的學(xué)員，這部分的庫和代碼也并沒有提供。 煙臺方法提供的只是思想架構(gòu)方法，并不提供程序代碼，更不承擔(dān)代碼正確的責(zé)任。 這是煙臺方法和市面上的制作庫函數(shù)售賣或者分享的一些個(gè)人不同。因?yàn)樽龅氖峭耆煌氖虑椤?
甚至， 我也鼓勵一些學(xué)員可以嘗試使用各種各樣的現(xiàn)成的庫函數(shù)來做自己公司的標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目。那些庫函數(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)化煙臺方法的眼里，都是基石，可以選擇用來蓋房子的磚頭。 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(biāo)準(zhǔn)就是所謂的房子。
那么，這套MODBUS的庫函數(shù)，本質(zhì)上也是磚頭。 是用來實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的模塊。當(dāng)然是有相關(guān)功能需求的公司才需要，而沒有用到MODBUS的公司則不需要。
這套庫函數(shù)，我已經(jīng)開發(fā)完成將近三年了。 而三年中，我們自己的項(xiàng)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(nèi)做過小范圍的出售。 大部分時(shí)間里則是雪藏的。并沒有過多宣傳，也沒有推廣。
最近，有學(xué)員和網(wǎng)友來咨詢在西門子之外的PLC平臺實(shí)現(xiàn)的方法，加上我自己正在編著《三菱PLC標(biāo)準(zhǔn)化編程煙臺方法》的專著，對MODBUS部分庫的欠缺，也有些焦慮。
所以，有計(jì)劃把這套庫函數(shù)再次拿出來，以低成本的方式分享給同行。
分享的目的主要是為了擴(kuò)展。通過擴(kuò)展，建立一個(gè)比較龐大齊全的生態(tài)社區(qū)。
擴(kuò)展分兩個(gè)維度。
首先是設(shè)備的類型，比如支持MODBUS的各種現(xiàn)場設(shè)備如變頻器，儀表等等，都需要封裝成專用的庫函數(shù)。做好了之后需要的時(shí)候， 從目錄中找到對應(yīng)型號的庫函數(shù)，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，只不過是各自的參數(shù)地址不同， 控制字和狀態(tài)字的定義不同，制作時(shí)只需要照貓畫虎，在原有的庫函數(shù)基礎(chǔ)上改一改，參數(shù)部分改好了， 經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用檢驗(yàn)通過了，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(shù)，調(diào)試實(shí)驗(yàn)通訊。
另一個(gè)維度的擴(kuò)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)開發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)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，因?yàn)闆]做過。
當(dāng)然，主要還是我個(gè)人目前為止，這兩個(gè)維度上的需求都沒有。 而要擴(kuò)展到那么多的自動化產(chǎn)品廠家，工作量也是巨大的。
所以，希望的是群策群力，大家一同貢獻(xiàn)， 一同分享的模式。 所有有能力有興趣的同行一起來做這件事，大家一起貢獻(xiàn)，同時(shí)又可以都有回報(bào)。
這就需要一個(gè)比較完善的分享和貢獻(xiàn)回饋機(jī)制，而不是簡單一個(gè)免費(fèi)分享能做到的。
具體的分享方法，會在近期整理推出，當(dāng)然也不會一次性固化，先搞一個(gè)基本的架構(gòu)做起來，以后再持續(xù)完善。
在此期間， 也歡迎同行給我私信提供寶貴建議。
我預(yù)期的是，將來實(shí)現(xiàn)MODBUS通訊的人工調(diào)試成本大幅度降低。 比如有人要做某個(gè)PLC與某個(gè)設(shè)備的MODBUS通訊，只需要來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(fèi)用在幾十元以內(nèi)，如果有多個(gè)類型的設(shè)備，加起來也不過幾百元。 比起個(gè)人摳摳搜搜搭臺子做實(shí)驗(yàn)，要簡便和高效地多。 尤其不需要個(gè)人獨(dú)立面對通訊失敗的糟糕局面了。 購買之后，有相應(yīng)的開發(fā)者在后臺輔助服務(wù)。
我在剛開始做這套庫函數(shù)的開發(fā)的時(shí)候，寫過文章《【萬泉河】MODBUS并行通訊實(shí)現(xiàn)》
https://mp.weixin.qq.com/s/PZX-E3PKicYADcA_yzNlIg然后就有看不懂的杠子手來杠我不懂常識， MODBUS跑的物理介質(zhì)都是485總線是串行的， 并不能并行，指責(zé)我怎么可以并行通訊。
廢話， 如果它天生支持并行，就沒我什么事了。 恰恰因?yàn)樗讓邮谴校覀儾趴梢酝ㄟ^自己的努力，在應(yīng)用層面實(shí)現(xiàn)一個(gè)貌似的并行，哪怕是偽并行，也是我們能做到的貢獻(xiàn)。
那么，我們以后就為這套庫機(jī)制專門起個(gè)名字，就叫優(yōu)雅MODBUS庫好了。 翻譯到英文，我稱其為Grace Modbus Library ，簡稱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)。
有老外做過一個(gè)開源的REXHIP項(xiàng)目，我研究過也分享過。 但我對他的實(shí)現(xiàn)方法不滿意。 認(rèn)為比我現(xiàn)在做到的優(yōu)雅程度還差許多。所以不贊成加入他們的開源貢獻(xiàn)計(jì)劃， 而是搞一套我們中國人自己的庫。
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