康耐视智能相机（Insight）通过ModbusTCP发送字符串到倍福（BECKHOFF）PLC中

文章目录

• 1.背景
• 2.分析
• 3.实现
• • 3.1.PLC的ModbusTCP_Server
  • • 3.1.1.安装TF6250-Modbus-TCP
    • 3.1.2.PLC设置
  • 3.2.智能相机的ModbusTCP_Client
  • • 3.2.1.了解ModbusTCP的协议
    • 3.2.2.根据协议写代码
    • • 3.2.2.1.纯函数代码
      • 3.2.2.2.脚本代码
    • 3.2.3.非脚本处理时的代码逻辑图
    • 3.2.4.关于代码的问题及解答
• 4.总结

1.背景

目前有个需求，要求康耐视智能相机（Insight）在每次触发完成作业后，将一串字符串通过ModbusTCP发送至倍福的PLC中。此时PLC作为Modbus的server，智能相机作为Modbus的client，智能相机主动发送数据给PLC（写PLC的Modbus的保持寄存器（Holding Registers））。

目前已经实现了，效果如下：
代码我已经上传到这里了【康耐视智能相机ModbusTCP发送字符串代码 】，不需要下载积分。造福大家。

2.分析

主要有两部分的功能要实现：PLC的ModbusTCP_Server的实现、智能相机的ModbusTCP_Client的实现。

有了server和client，通讯起来就没啥问题了。至于其中涉及的实时性的问题，暂时先不考虑。

3.实现

经过查阅资料，倍福PLC作为ModbusTCP Server的设置过程很简单，而智能相机的设置过程则非常麻烦。下面来详细介绍。

3.1.PLC的ModbusTCP_Server

3.1.1.安装TF6250-Modbus-TCP

根据从这里【TwinCAT 3 Modbus TCP使用方法】查阅得到的资料，只要下载并安装TF6250-Modbus-TCP这个软件包即可。

TF6250-Modbus-TCP的下载地址为【TF6250 | TwinCAT 3 Modbus TCP】，下载的时候需要先登录倍福的账号，没有的话注册一个即可，就是它要求的密码复杂度比较高，要字母+数字+特殊符号+大小写。
具体安装步骤，可以查看前面提到的那个网站的【TwinCAT 3 Modbus TCP使用方法.docx】

3.1.2.PLC设置

首先，先激活一下试用

然后写程序

PROGRAM MAIN
VAR
	arr1 AT %MB0:ARRAY[1..2] OF WORD; (*保持寄存器 起始地址为12288 (0x3000)*)
	arr2 AT %MB10:ARRAY[1..2] OF BYTE; (**)
	
	str1 AT %MB0: STRING;
	byteArr1 AT %MB0:ARRAY[0..9] OF BYTE;
	byteArr2 AT %MB0:ARRAY[1..10] OF BYTE;
END_VAR

为了方便观察，这里准备了字符串以及byte数组，这样子的话，既可以看到字符串，又可以看到字符串对应的16进制值。

至此，ModbusTCPServer的设置已经完成了，内存的映射等其他操作，系统已经帮忙处理了。

这里需要注意的是，modbus寄存器与PLC的地址对应关系。这个关系我们可以通过查阅官方文档【TF6250 | TwinCAT 3 Modbus TCP Default Configuration】得知：
保持寄存器对应的是Output registers
所以我们读写保持寄存器时，地址偏移要设置成12288（0x3000）。前面的文档有说要+1，但是我测试不用加1也行，可能具体得看实际情况吧。

ok，倍福PLC这边已经设置完成了，这时其实就已经可以用你趁手的Modbus调试工具测试一下与PLC的通讯了。我这边测试的话，貌似slave ID设置成0、1或者其他任意值都可以。

3.2.智能相机的ModbusTCP_Client

智能相机这边就相当的麻烦了。因为我们用的相机的固件版本比较低，不直接支持Modbus（貌似新的固件版本也只是支持ModbusServer，而非ModbusClient），得靠我们自己通过TCPDevice根据Modbus的协议来手动编码。
行吧，那就自己手动搞呗。

3.2.1.了解ModbusTCP的协议

首先，了解一下ModbusTCP的协议，【Modbus TCP协议说明】、【ModbusTCP数据帧】、【如何看懂Modbus数据帧？】。了解其报文结构是非常重要的，因为只有了解其协议规定，我们才能确定为了达到我们的效果需要发送多长的数据，每个数据又应该是如何取值。
简单地说，我们可以总结modbusTCP的数据帧有以下几个特点

1.与通过串口发送的数据帧相比，不用携带校验码。这个应该是因为底层TCP/IP通讯本身就已经是可靠通讯（自带校验及重发）。挺好，我们不用再用CRC16算法来算效验码了。

2.与通过串口发送的数据帧相比，要在前面增加7个字节的MBAP报文头。

3.报文头中的事务处理标识需要累加。实际上，经过测试，不累加也行。后面的程序我都没有对其累加。

3.2.2.根据协议写代码

ok，我们动手。

经过测试，将字符串转化成需要发送出去的数据这部分，代码有两种实现方式：一种是纯利用智能相机提供的函数进行处理，另外一种是通过js脚本实现。

建议先用纯函数实现，然后再用脚本实现，这样理解起来会更加深刻。

3.2.2.1.纯函数代码

先直接放出程序，再依次解释每个函数的作用。

左侧文字	代码	说明
'待发送的字符串	EditString(255)	字符串控件，可以在运行时输入字符串
'字符串长度	Len(J26)	获取字符串的长度
'长度是否为奇数	Mod(J27,2)	判断是否为奇数
'减少最后一个字符的字符串	Left(J26, J27-1)	原来的字符串移除最后一个字符形成的字符串
'最后一个字符	Right(J26,1)	原来字符串的最后的那个字符
'偶数长度部分的字符串	If(J28,J29,J26)	原来字符串的的偶数长度部分的字符串，比如字符串长度为5，那么取前面4个；假如为6，那就全取。
'编码1(偶数部分的字符串)	BStringf(0, "%~s", J31)	把字符串编码成Binary结构体
'编码2（2byte的0）	BStringf(0, "%h", 0)	长度为2，且两个数据都是0的Binary结构体
'编码3（0，字符）	BStringf(0, "%c%s", 0, J30)	长度为2，第1个字节为0，第2个字节为字符串最后一个字符，的Binary结构体
'最终发送的编码(奇数长度时)	BStringf(0,"%b%b",J32,J34)	字符长度为奇数时，最终需要发送的Binary数据结构体；偶数部分+0+最后一个字符
'最终发送的编码(偶数长度时)	BStringf(0,"%b%b",J32,J33)	字符长度为偶数时，最终需要发送的Binary数据结构体；偶数部分+ 0 + 0
'实际需要发送的编码	$If(J28,J35,J36)	根据原始字符串的长度是奇数还是偶数，确定发送的Binary数据结构体；
'需要发送的编码长度	BLen(J37)	实际需要发送的编码的长度
'计算Modbus的数据长度	1 + 1 + 2 + 2 + 1 + J38	1设备ID+1字节功能码+2字节寄存器地址+2字节寄存器数量+1字节寄存器数据长度+寄存器数据本身的长度
'手动触发发送	Button("触发",-1)	按钮，触发发送
'设备	TCPDevice("127.0.0.1",502,0,4,1000,255)	设备，IP：127.0.0.1，端口：502，modbus（二进制）发送
'读写	QueryDevice(M29,M30,0,0,0,0,0,M26,0,0x10,0x30,0,0,J38/2,J38,J37)	发送数据，且读取接收到的数据。M26是【'计算Modbus的数据长度】；0是slaveID；0x10表示写保持寄存器；0x30 0x00表示PLC的寄存器地址； J38/2表示寄存器的数量，因为我们的数据长度是以字节为单位的，而寄存器是16bit大小的，可以存储2个字节，因此要除以2； J38要写到n个寄存器的数据的大小；,J37，要写到n个寄存器的数据。

3.2.2.2.脚本代码

部分代码解释和上一小节一样，主要解释一下脚本部分

左侧文字	代码	说明
''将字符串通过脚本处理得到编码	Script($J$47)	通过脚本处理字符串。脚本的输入参数为字符串，返回处理完成的Binary结构体

脚本截图

脚本：

function Script() {
}
module.exports = Script;

function stringToUint8ArrayWithSwap(str) {
  var dataArrLen = str.length;
  if (str.length % 2 !== 0) 
  {
    dataArrLen += 1; // 奇数就补一个0
  }
  else
  {
    dataArrLen += 2; // 偶数就补两个0
  }
 
  var dataArray = new Uint8Array(dataArrLen); // 数据会默认初始化为0
  for (var i = 0; i < str.length; i++) {
    dataArray[i] = str.charCodeAt(i); // 将字符拷贝到数组中
  } 
 
  // 每两个数据一组，交换组中的元素
  for (var i = 0; i < dataArrLen; i += 2) {
    // 交换位置 i 和 i+1 的数字
    [dataArray[i], dataArray[i + 1]] = [dataArray[i + 1], dataArray[i]];
  }

  return dataArray;
}

Script.prototype.run = function (arg0) {
  return stringToUint8ArrayWithSwap(arg0)
}

3.2.3.非脚本处理时的代码逻辑图

3.2.4.关于代码的问题及解答

1.为啥要根据字符串长度的奇偶来执行不同的处理办法？

因为我们最终执行的modbus功能是写保持寄存器，而保持寄存器的大小为2字节，每次写的话都只能写n个寄存器（n为整数），也就是2n个字节的数据。所以，每次写的数据必须是偶数个数据才能填充完n个寄存器。不允许写半个寄存器。
2.为啥要 BStringf(0, "%~s", J31) 中要选 %~s这种格式？

因为假如选了%s这种格式的话，数据是按小端发送过去的，但是，PLC那边接收到数据是按大端处理的，这就导致你发了字符串"123456"过去，PLC那边存储且显示出来的是"214365",每两个字节内部互相交换。

3.既然是大小端的问题，为啥不通过设置 BStringf中的第一个参数来处理？

因为它只对数值型数据，比如double、int等类型起作用，对字符串这种连续、独立、可变长度的类型无效。只能选%~s这种格式来处理。
3.字符长度为奇数时，为啥要将最后一个字符单独拿出来，然后插入一个0，然后再把这个字符补回去。

首先，补0是必须的，因为任何字符串都需要用0来作为结束符，不然无法确定一段字符在何处结束。至于为啥要把这个0补在最后一个字符的前面（插队），还是前面说的大小端的问题。我们发送过去的数据，PLC那边会每两个字节交替存储，比如说问哦我们发了 0x00 0x01两个数据过去，存在PLC寄存器的顺序会自动调整为0x01 0x00，而我们的0x00需要存放在物理地址的高位（也就是后面），因此需要做一个插入操作。

4.总结

通过底层的方式实现数据传输，学是能够学到好多东西，但是就是贼麻烦，且鲁棒性差。不知道为啥Modbus这么通用的功能，康耐视智能相机为啥就是不支持。

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参考：
【TwinCAT 3 Modbus TCP使用方法】
【Modbus TCP协议说明】
【ModbusTCP数据帧】
【如何看懂Modbus数据帧？】