PLC（可编程逻辑控制器）作为工业自动化核心设备，其通信能力直接影响系统集成水平。当前主流PLC产品（西门子S7系列、三菱Q系列、罗克韦尔ControlLogix等）均原生支持ModBus TCP/RTU协议。该协议凭借开放性架构、强兼容性和低成本优势，已成为工业领域应用最广泛的通信标准。

协议特性

• 通信架构：主从式结构（Master/Slave）

• 传输模式：

  • RTU模式：基于RS-232/485物理层

  • TCP模式：通过TCP/IP封装ModBus帧

• 技术优势：实现工业设备与企业信息系统的无缝集成

ModBus TCP 通讯要点

1. 设备角色（主站/从站）

ModBus TCP 采用主从通信架构，其中：

• 主站（Master） ：主动发起通信请求，通常是 PLC、SCADA 系统或上位机（如 PC 或 HMI）。

• 从站（Slave） ：被动响应主站的请求，通常是传感器、变频器、智能仪表或其他 PLC。 每个从站必须具有唯一的设备地址（1-247） ，以便主站能够正确寻址。

2. IP 地址与端口号

ModBus TCP 基于标准以太网（TCP/IP），因此需要以下网络参数：

• IP 地址：每个 ModBus TCP 设备（主站和从站）必须配置唯一的 IP 地址，确保网络层可达。

• 端口号：ModBus TCP 默认使用 502 端口（IANA 标准），但某些设备允许自定义端口号以适应特殊网络环境。

• 功能码决定了 ModBus TCP 的操作类型，常见功能码包括：

01（0x01） ：读取线圈状态（DO/继电器输出）

02（0x02） ：读取离散输入（DI）

03（0x03） ：读取保持寄存器（如 PLC 的 D、V 存储区）

04（0x04） ：读取输入寄存器（AI 模拟量输入）

05（0x05） ：写单个线圈（控制 DO）

06（0x06） ：写单个寄存器（修改单个存储值）

15（0x0F） ：写多个线圈 16（0x10） ：写多个寄存器

PLC 程序块初始化配置

添加 ModBus 功能块

在 STEP 7 开发环境中，通过以下路径添加 ModBus 功能块

​[指令] → [库] → Modbus TCP库​

关键选择：

  1.服务器模式：适用于 PLC 作为数据提供方
  
  2.客户端模式（需额外配置）：
  
    - TCP/IP 地址（四段式）
    
    - 端口号（默认 502）
    
    - 请求地址

核心参数说明

客户端模式

服务器模式

库存储器配置

在 PLC 程序中调用 ModBus TCP 功能块 时，必须预先分配 库存储器地址，以确保功能块正常运行。

配置步骤

1. 右键点击 程序块

2. 选 库存储器 分配​

3. 选择需要设置地址的指令库

4. 推荐使用 建议地址​ 自动生成

5. 如需自定义，需确保地址不与其他功能冲突

注意事项：
1.未分配库存储器将导致 ModBus 通信功能异常。
2.手动设定时，建议参考 PLC 存储区占用情况，防止数据覆盖。

​​Modbus 地址设置（客户端）

Modbus 地址设置前必须完成库存储器分配，否则无法正确设置 Modbus 地址。并且仅适用于客户端模式。

1. 路径 符号表 → Modbus TCP Client → mModBusUnitID​ 找到 mModBusUnitID​ ​的地址，对该地址写入 ModBus 地址。 ​

​ 如 mModBusUnitID​ ​地址为：VB1653： ​

​

赋值规则：
  单设备通讯：通常设为 1
  多设备网络：需与从站设备 ID 一致

应用案例：PLC 控制分布式 IO

PLC 连接两个开关，一个自锁开关以及一个点动开关，通过点击自锁开关，控制 PLC 尝试通过 ModBus TCP 协议连接分布式 IO，通过点击点动开关实现对分布时 IO 的 DO 接口状态进行反转。

系统组成

原理图

​

主站配置(IO设备)

• 设置 M31-AXAX8080G 为 Modbus TCP 服务器模式

记录关键参数：

• IP 地址：10.100.165.100

• 端口：502

• 站号：1

PLC 初始化配置（根据需要设置）

需要确保 PLC 与分布式 IO 能够正常通讯，需要确保两个设备在同样的网路环境中。

对 PLC 进行网络设置。在 STEP 7 软件中找到 CPU ST20，确认模块信息以及版本和需要连接的 PLC 是否一致。

对 PLC 进行网络信息设置

PLC 设置 ModBus TCP 指令块

在 [指令] → [库] → Modbus TCP Client​ ​中添加指令块

对指令块进行初始化。并根据需求设置两个开关进行控制，自锁按钮按下后尝试连接分布式 IO，点动按钮按下后发送指令。

ModBus TCP 服务器地址 : 10.100.165.100

ModBus TCP 服务器端口 : 502

RW（工作模式） : 1 （写入）

Addr（ModBus 起始地址） ：1

Count（数据长度）：16

DataPtr（发送/接受数据存入 VB100）：&VB100（注意地址不要冲突）

Done（状态标志位写入 V0.1）：V0.1

Error（错误信息存入 VB1）：VB1

PLC 库存储器初始化

右键 程序块​ ​选择 库存储器分配​ ​进行配置

​选择添加的 ModBus TCP Client 库，进行地址设置。可以自行设置，推荐使用 建议地址​ ​防止地址冲突

设置 ModBus 地址

在 符号表 → Modbus TCP Client ​ ​中找到 mModBusUnitID​ ​的地址

​随后将 ModBus 地址写入 mModBusUnitID​ ​的地址

​编写控制程序

根据需求，编写一个简单的控制程序，实现检测输入 I0.1 的状态，从而改变 DataPtr 的值（暂存在 VB100）。

​编写完成后下载程序到 PLC 运行

整体程序

​效果展示

自锁开关控制连接

点动开关控制分布式IO状态

软件监控