6ES7322-5GH00-0AB0模块详细介绍

6ES7322-5GH00-0AB0模块
6ES7322-5GH00-0AB0模块



一、引言
Modbus应用层协议由美国Modicon公司(现为施耐德电气旗下品牌)于1979年开发的，用于实现其PLC产品与上位机的通信。由于其简单易用，得到了广大工业自动化仪器仪表企业的采纳与支持，实际上已成为了***标准。Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP等。这些年来，随着PLC的不断发展，网络通讯功能要求越来越高。一方面，网络化，集成化的要求，使得PLC需要越来越多的接入到计算机监控网络中，作为网络的一个节点。另一方面，智能仪表应用越来越广，因此要求PLC具备较多的现场总线接口，能直接与智能仪表进行通讯。鉴于此，1999年施奈德电气发布了Modbus TCP协议，使得以太网上的Modbus设备可以通过502端口进行通信①。
二、模块总体设计
本模块采用基于Cortex-M3内核的***ARM LPC1758为CPU主控芯片，工作频率为100 MHz。它内置高速存储器(高达512K字节的闪存和64K字节的SRAM)，丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设。同时集成多个标准和***的通信接口：I2C、SPI、I2S、SDIO、USART、USB Host/Device/OTG、CAN、Ethernet MIC等。本模块硬件结构如图1所示：

图1
CPU通过PHY向以太网总线传输Modbus TCP数据，向RS232或RS485总线传输Modbus RTU数据。考虑工业现场应用，串口接口和LAN接口均需要隔离，才能***电气上，可靠稳定。支持ISP，便于模块生产。JTAG只有在研发调试时用到。拨码配置主要配置工作模式，IP地址，波特率。
三、硬件设计
CPU LPC1758芯片自身并不集成以太网PHY，而提供了使用RMII（简化的媒体独立接口）协议和片上MIIM（媒体独立接口管理）串行总线、还有MDIO（管理数据输入/输出）来实现与片外以太网PHY之间的连接。本设计采用DP83848C物理层PHY芯片，它是美国国家半导体公司生产的一款鲁棒性好、功能全、功耗低的10／100 Mbps单路物理层(PHY)器件。它支持MII(介质无关接口)和RMII(精简的介质无关接口)，使设计更简单灵活；同时，支持10BASE～T和100BASE-TX以太网外设，对其他标准以太网解决方案有良好的兼容性和通用性②。
图2为LPC1758和DP83848C之间的接口电路，图3为DP83848C驱动输出隔离电路。

图2 LPC1758和DP83848C之间的接口电路

图3 DP83848C驱动输出隔离电路
PCB布局方面，精度为1％的电阻和100 nF的去耦电容应靠近PHY器件放置，并通过***的路径到电源。两对差分信号(TD和RD)应平行走线，避免短截，且尽量***长度匹配，这样可以避免共模噪声和EMI辐射。理想情况下，信号线上不应有交叉或者通孔，同时，差分线应尽可能走在一面。
四、软件设计
本模块设计结构，从功能上可以设计成两种工作模式：Modbus TCP从站模式，Modbus TCP主站模式。Modbus TCP从站模式，是把以太网总线Modbus TCP请求转化成串口总线Modbus RTU请求，也就是以太网设备从PLC读出数据；Modbus TCP主站模式，是把串口总线Modbus RTU请求转化成以太网Modbus TCP请求，也就是PLC从以太网设备读入数据。下面以Modbus TCP从站模式为例。
4.1 模块配置
表1 拨码功能配置表模块配置主要是通过8位拨码开关实现，通过这拨码开关配置模块的工作模式，以太网IP地址，串口RTU地址，波特率。如表1所示：
8位拨码配置


4.2 以太网驱动开发
驱动开发包括两部份：芯片物理层驱动(MAC，PHY)和TCP/IP协议层驱动。芯片物理层驱动主要是对LPC1758的以太网控制器和PHY芯片的初始化和控制输入输出的函数化打包，以便供TCP/IP协议层驱动调用。TCP/IP协议层驱动开发需要参考TCP/IP标准协议，下图4比较清晰明了的介绍TCP/IP协议状态变化图③。

图4 TCP的状态变迁图
对于从站模式（服务器模式），每一个TCP请求连接对应一组状态图，把这些状态归纳入一个结构体，然后再创建结构体链表，系统程序通过维护监测链表，可以实现多客户端同时请求通讯。
4.3 Modbus TCP和Modbus RTU协议开发
参考Modbus TCP和Modbus RTU协议标准，不难实现PLC与本模块的Modbus RTU以及本模块与外部以太网设备的Modbus TCP数据通讯。然后在本模块程序内部完成数据包的Modbus TCP和Modbus RTU之间数据转换，采用透明传输方式，即把从一个端口接收出来的数据转换后立即从另一个端口输出去。Modbus TCP相比Modbus RTU报文格式，多了六个字节的前缀，少了后面的CRC校验，它是采用TCP/IP 和链路层（以太网）校验和机制来校验分组交换的准确性。
4.4 模块状态监测
模块状态监测包括：系统运行状态，Modbus RTU通讯状态，Modbus TCP连接状态、通讯状态，以及通讯异常报警。
4.5 通讯测试
实验平台采用NA200 PLC挂载本模块，然后通过网络交叉线和PC电脑相连，利用网上免费网络调试工具SocketTool2进行通讯测试。先在SocketTool2建立客户端，然后连接，发送测试通讯数据十六进制000000000006500600C90055，查看是否有数据返回。

五、结束语
本文设计的Modbus TCP通讯模块，能和现有PLC稳定连接，从成本、性能上都将是个比较好的选择。前文介绍的是以从站模式为例，对于主站模式，可以PLC利用串口对通讯模块设置通讯请求的从站信息（IP地址等）。在不改变硬件的基础之上，通过软件升级，可以把模块功能更加完善。比如：满足通讯模式一主多从、一从多主、以及自定义通讯的现场应用需求。同时本文提出的思路也可以作为一种通用方案，推广到类似的产品开发中。

TEXAS INSTRUMENTS PLC 560-2127 USPP 5602127
Panasonic AC Servo Driver MSDA043A1A New in Box Free Ship
Panasonic AC Servo Driver/Motor MSDA043A1A MSMA042A1F
(AS01) MSDA013A1A PANASONIC AC SERVO DRIVE USED WORKING
WESTINGHOUSE A202K3CA USPP A202K3CA
ASEA BROWN BOVERI S6D630W4 NSFP S6D630W4
ASEA BROWN BOVERI K7WF NSFP K7WF
Panasonic Servo Driver 1kW MDD103A1VE Free Ship
PANASONIC MDM402D2C AC SERVO MOTOR WITH ENCORDER
ALLEN BRADLEY 2098-IPD-020 USPP 2098IPD020
560-2128 TI Texas Instruments 5602128
DEC DSRVW-ZA USPP DSRVWZA
TEXAS INSTRUMENTS PLC 2223050-0003 USPP 22230500003
TEXAS INSTRUMENTS PLC 5TI-3101 USPP 5TI3101
TEXAS INSTRUMENTS PLC 5TI-5500 USPP 5TI5500
ASEA BROWN BOVERI 5730030-DR USPP 5730030DR
ASEA BROWN BOVERI 3HAA0001-JC NSPP 3HAA0001JC
TEXAS INSTRUMENTS PLC 560-2820 NSFP 5602820
TEXAS INSTRUMENTS PLC CVU-3604 USPP CVU3604
ASEA BROWN BOVERI ACH401600632-A?0AE0000 USPP ACH401600632A0?AE
TEXAS INSTRUMENTS PLC 505-7190 NSFP 5057190
TEXAS INSTRUMENTS PLC 5TI-3000 USPP 5TI3000
FISHER ROSEMOUNT 8732CT12N0M4 USPP 8732CT12N0M4
GENERAL ELECTRIC 9L10MAL334 USPP 9L10MAL334
TEXAS INSTRUMENTS PLC 7MT-700 NSPP 7MT700
ARO 93970838 USPP 93970838
Panasonic DV83020LE201 AC Servo Motor Driver with 60 day warranty
TEXAS INSTRUMENTS PLC 7MT-700 NSPP 7MT700
ASEA BROWN BOVERI YB161102-BS USPP YB161102BS
TEXAS INSTRUMENTS PLC 505-4516 NSPP 5054516
SAJF// PANASONIC MAMA042P1E AC SERVO MOTOR USED
RELIANCE ELECTRIC DM-30 USPP DM30
PANASONIC MSDA043A1A MINAS-A AC SERVO DRIVER 400W NIB NEW
ASEA BROWN BOVERI 57120001-HA USPP 57120001HA
New in Box 500-2153 TI Texas Instruments 5002153 N30
SIEMENS 6ES5-921-3UA12 USPP 6ES59213UA12
TEXAS INSTRUMENTS PLC 560-2126B NSFP 5602126B
TEXAS INSTRUMENTS SIEMENS
ALLEN BRADLEY 2755-T4 NSFP 2755T4
(AS01) MSD043A1X PANASONIC AC SERVO DRIVE USED WORKING
TEXAS INSTRUMENTS MODEL 500-5053 PEERLINK INTERFACE
ALLEN BRADLEY 1361-R065-2-7 USPP 1361R06527
TEXAS INSTRUMENTS PLC 2490683-U13 USPP 2490683U13
MODICON 610-MSA-210-30 USPP 610MSA21030
Panasonic AC Servo Motor MSMD022PJT Free Ship
ALLEN BRADLEY 500-EOD930 NSFP 500EOD930
TEXAS INSTRUMENTS PLC 7MT-200 USPP 7MT200
TEXAS INSTRUMENTS 500 - 5047 - A Analog OUTPUT Module
TEXAS INSTRUMENTS PLC 505-7002 USPP 5057002
TEXAS INSTRUMENTS PLC 961642 USPP 961642
TEXAS INSTRUMENTS 505-6840 NIB 5056840
TEXAS INSTRUMENTS PLC 2497447 USPP 2497447
ASEA BROWN BOVERI EH550C-1 USPP EH550C1
TEXAS INSTRUMENTS 500-5114A REMOTE BASE CONTROLLER MODULE 5005114A
Panasonic Lenze M9MA40GBK4W1 501229/1 M9GA10B Servo Motor 3 Phase 220V 50Hz
TEXAS INSTRUMENTS PLC 500-5047A NSFP 5005047A
RELIANCE ELECTRIC 0-58820-B USPP 058820B
Texas Instrument PM550-200
ASEA BROWN BOVERI DSDX-452 USPP DSDX452
Texas Instruments 500 System PLC Series Rack 11 Modules
TAGSYS RFID L-100 USPP L100
TEXAS INSTRUMENTS PLC 500-2114 NSFP 5002114
SAJF// PANASONIC ADKF5085AA AC SERVO DRIVER UNIT USED
ALLEN BRADLEY 1775-ME8 NSFP 1775ME8
MSD083A1XX PANASONIC MINAS AC SERVO DRIVER 750 WATT 200-230 VAC 4.0 AMP
PANASONIC AC SERVO MOTOR MQMA011A2B
Panasonic MFA040LA2NSJ AC Servo Motor 400W 3000R/MIN 1.3NM
ASEA BROWN BOVERI 1913JA00210000?0 USPP 1913JA00210000?0
(AB02) SPR200C-180-M PANASONIC SERVO DVIVER USED WORKING
ALLEN BRADLEY 1336S-BRF50-AN?-EN4-HA2-L5 NSFP 1336SBRF50ANEN?41
ASEA BROWN BOVERI ACH550-PD-06A9?-4 NSFP ACH550PD06A94
Panasonic AC Servo Drive MCDCT3312B12