基于Modbus/TCP的西门子1200PLC和STM32通信

1.前言
对于工控而言，有时候会需要和单片机进行通信，最近就测试了一下市面上常见的西门子PLC和STM32F103VET6的单片机进行通信。
2.硬件架构
STM32+W5500+ModbusTCP+西门子1200PLC 中间需要交换机来互联网口
首先通信是要基于协议的，对于单片机和PLC而言之间的通信协议可以有很多，串口232,485,ModbusRTU/TCP等等。现在工控都是组网时代了，ModbusTCP作为一款开源的协议资料也很多便于第三方移植。
PLC端现在大多数支持网口，西门子1200，1500系列PLC自带网口，支持Modbus协议，通信起来也方便一些。
单片机端选择需要带网口，我用的是野火指南者开发板，本身自己没有带网口，但是现在以太网模块很多，这里选择W5500的以太网模块来实现组网。W5500可以实现基于硬件的TCP/IP协议，可以避免解析复杂的TCP/IP协议，例程也多方便移植。其实本质就是基于W5500模块的ModbusTCP移植。这部分有很多参考资料，主要参考这篇文章，十分感谢https://blog.csdn.net/jordan20052009/article/details/46967451?ops_request_misc=%25257B%252522request%25255Fid%252522%25253A%252522160744407419726891153872%252522%25252C%252522scm%252522%25253A%25252220140713.130102334.pc%25255Fall.%252522%25257D&request_id=160744407419726891153872&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2_allfirst_rank_v2~rank_v29-25-46967451.pc_search_result_cache&utm_term=freemodbus%20tcp
3.移植分析
需要理解Modbus协议的相关内容，W5500的使用，PLC端主站的建立。
其实分3大块：
1.Modbus协议源码移植
2.W5500TCP/IP移植
3.PLC端主站代码的编写
熟悉PLC的朋友应该知道，第3点其实不难，而且是在PLC里面写跟单片机其实没有太大关系，实际上在单片机跑通之后，就可以用Modbus scan32一类的工具去测试连接了，只要调试助手能读取成功就证明单片机端代码没有问题。
那就只剩下第1，2点。我是这么做的，先单独完成Modbus RTU的移植，这样可以方便了解Modbus协议的工作原理，再单独完成W5500TCP/IP的协议移植这样可以理解W5500的使用方法，最后再两者结合，就可以实现。不了解的同学可以尝试分步实现。一定要理解Modbus 因为我们就是在W5500的函数基础上添加Modbus内容。TCP/IP实现底层的收发，Modbus再对其进行处理。
4.移植流程
1.W5500可以直接参考官方的例程，下面是main函数

在这里插入代码片int main( void )
{eMBErrorCode    eStatus;                    systick_init(72);                     // 初始化滴答定时器USART1_Config();                      // 初始化USART1：115200@8-N-1 reset_break_gpio_init();              // 复位与中断管脚初始化spi_gpio_init();                      // SPI管脚初始化spiinitailize();                      // SPI配置初始化printf("\r\n 炜世科技--WIZnet W5500官方代理商。全程技术支持，价格优势大！\r\n\r\n");reset_w5500();                        // w5500硬件复位 PHY_check();                          // 网线检测程序set_w5500_mac();                      // 设置w5500MAC地址set_w5500_netinfo();                  // 设置w5500网络参数socket_buf_init(txsize, rxsize);      // 初始化4个Socket的发送接收缓存大小printf("\r\n W5500为TCP Server，建立侦听。等待PC作为TCP Client建立连接。\r\n");printf(" TCP Server IP:%d.%d.%d.%d。\r\n",remote_ip[0],remote_ip[1],remote_ip[2],remote_ip[3]);printf(" TCP Server Port:%d。\r\n",remote_port);printf(" 正常现象：连接成功，TCP Client发送数据给W5500，W5500将返回对应数据。\r\n");eStatus = eMBTCPInit( 2 );           //Modbus相关TCP初始化eStatus =eMBEnable();                //Modbus协议栈使能   while(1){   modbus_tcps();                       //主函数}
}

这其实是官方的例程，Modbus是后添加的，while中的循环函数我也进行了修改，是跟Modbus相关的。其实执行到最后一条Prtinf语句后，W5500就已经配置完成了，已经可以ping通了，这就可以证明W5500运转正常了，之后再去做下一步动作。官方的例程基本不需要修改，拿来直接用就可以，只是SPI部分的硬件接线要根据自己实际板子来修改部分代码。关于W5500可以参考官网的教程和网络资料也比较多，这里不多说。说一下IP地址

/*MAC地址首字节必须为偶数如果多块w5500网络适配板在同一现场工作，请使用不同的MAC地址
*/
uint8 mac[6]={0x00,0x08,0xdc,0x11,0x11,0x11};/*定义默认IP信息*/
uint8 local_ip[4] = {192,168,1,8};                        // 定义w5500默认IP地址
uint8 subnet[4] = {255,255,255,0};                          // 定义w5500默认子网掩码
uint8 gateway[4] = {192,168,1,1};                           // 定义w5500默认网关
uint8 dns_server[4] = {114,114,114,114};                    // 定义w5500默认DNSuint16 local_port = 502;                                   // 定义本地端口

注意单片机IP要和本地PLC在同一网段。端口号要和PLC端一致，常用502.
mac地址如果是多设备注意不要重复。下面是while中的函数。和RTU不同，TCP是一直处在监听状态，一旦建立了连接就会一直查询，检测到数据长度ucTCPRequestLen>0就开始接受数据，接受到数据之后，再驱动empoll函数即可进入到Modbus的内部处理流程，处理完了再通过send函数发送出去。Send和recv都是W5500的库函数。

void modbus_tcps(void)
{  uint16 len=0;  switch(getSn_SR(SOCK_TCPS))                             // 获取socket的状态{case SOCK_CLOSED:                                     // socket处于关闭状态socket(SOCK_TCPS ,Sn_MR_TCP,local_port,Sn_MR_ND);   // 打开socketbreak;     case SOCK_INIT:                                       // socket已初始化状态listen(SOCK_TCPS);                                  // socket建立监听break;case SOCK_ESTABLISHED:                                // socket处于连接建立状态if(getSn_IR(SOCK_TCPS) & Sn_IR_CON){setSn_IR(SOCK_TCPS, Sn_IR_CON);                   // 清除接收中断标志位}ucTCPRequestLen=getSn_RX_RSR(SOCK_TCPS);                        // 定义len为已接收数据的长度if(ucTCPRequestLen>0){recv(SOCK_TCPS,ucTCPRequestFrame, ucTCPRequestLen); //W5500接收数据xMBPortEventPost(EV_FRAME_RECEIVED);  //发送EV_FRAME_RECEIVED事件，以驱动eMBpoll()函数中的状态机eMBPoll();   //处理EV_FRAME_RECEIVED事件eMBPoll();   //处理EV_EXECUTE事件if(bFrameSent)  {  bFrameSent = FALSE;  //W5500发送Modbus应答数据包                               send(SOCK_TCPS,ucTCPResponseFrame,ucTCPResponseLen);}                                                 }break;case SOCK_CLOSE_WAIT:                                 // socket处于等待关闭状态disconnect(SOCK_TCPS);                              // 断开当前TCP连接close(SOCK_TCPS);                                   // 关闭当前所使用socketbreak;}
}

其实如果完全不了解Modbus协议的话，移植起来还是比较困难，建议一定要了解一些之后再移植，可以先做ModbusRTU的移植。

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