4. PLC 与称重模块通讯：接线方式、协议基础与数据读取

在包装作业称重校验系统中，PLC 与称重模块的通讯是实现实时重量采集与控制的核心环节。本节将围绕三种主流接线方式、Modbus RTU 协议基础以及典型数据读取示例展开，帮助学员掌握从物理层到应用层的完整通讯链路。

4.1 PLC 与称重模块的接线方式

根据称重模块的输出信号类型，PLC 的接线方式主要分为模拟量输入和数字量通讯两大类。下表对比了两种方式的典型特征与适用场景：

4.1.1 模拟量接线方式

模拟量称重模块（如称重变送器）将传感器信号转换为 4-20mA 或 0-10V 标准信号，直接接入 PLC 的模拟量输入模块。接线时需注意：

• 屏蔽层单端接地：避免地环路干扰。
• 电源隔离：称重模块与 PLC 使用独立 DC 24V 电源。
• 量程匹配：PLC 模拟量模块的输入范围必须与变送器输出一致。

4.1.2 数字量通讯接线方式（RS-485）

数字量通讯方式下，称重模块作为 Modbus 从站，PLC 作为主站通过 RS-485 总线读取重量数据。典型接线要点：

• A/B 线：正负差分信号线，需双绞屏蔽。
• 终端电阻：总线两端各并联 120Ω 电阻，抑制信号反射。
• 偏置电阻：在总线空闲时保持 A 高 B 低，防止误触发。
• 接地：屏蔽层单端接大地，模块电源负极共地。

4.2 Modbus RTU 协议基础

Modbus RTU 是工业自动化领域最通用的串行通讯协议之一，采用主从架构。在称重校验系统中，PLC 通常作为主站，称重模块作为从站。以下为协议核心要素：

4.2.1 帧结构详解

Modbus RTU 帧以 3.5 字符静默时间开始和结束，帧内字节连续发送。以读取称重模块重量为例：

主站请求：01 03 00 00 00 02 C4 0B
从站响应：01 03 04 00 00 01 2C 7A 43

• 01：从站地址（称重模块 ID）
• 03：功能码（读取保持寄存器）
• 00 00：起始寄存器地址（重量寄存器）
• 00 02：读取寄存器数量（2 个 = 32 位）
• C4 0B：CRC 校验（低字节在前）
• 04：响应数据字节数
• 00 00 01 2C：重量值（十六进制，300 十进制）
• 7A 43：CRC 校验

4.3 数据读取示例：PLC 通过 Modbus RTU 读取称重值

以下以西门子 S7-1200 PLC 为例，演示通过 Modbus_Comm_Load 和 Modbus_Master 指令读取称重模块重量值的完整流程。

4.3.1 硬件组态与参数配置

1. 在 TIA Portal 中添加 CM1241 RS-485 通讯模块。
2. 设置波特率 9600、数据位 8、无校验、停止位 1。
3. 在 OB1 中调用 Modbus_Comm_Load 配置端口。
4. 调用 Modbus_Master 发送请求并接收响应。

4.3.2 梯形图代码示例

// 主程序 OB1 中调用
// 配置端口
"Modbus_Comm_Load_DB"(
    PORT := 269,          // CM1241 硬件标识符
    BAUD := 9600,
    PARITY := 0,          // 0=无校验
    FLOW_CTRL := 0,
    RTS_ON_DLY := 0,
    RTS_OFF_DLY := 0,
    RESP_TO := 1000,      // 超时 1s
    DONE => "CommDone",
    ERROR => "CommErr",
    STATUS => "CommStatus"
);

// 读取称重值（每 500ms 执行一次）
"Modbus_Master_DB"(
    EN := "Cycle_500ms",
    MB_ADDR := 1,         // 称重模块地址
    MODE := 0,            // 0=读取
    DATA_ADDR := 40001,   // 保持寄存器起始地址
    DATA_LEN := 2,        // 读取 2 个字（32 位）
    DATA_PTR := "WeightRaw", // 指向 DB 中的数组
    DONE => "ReadDone",
    ERROR => "ReadErr",
    STATUS => "ReadStatus"
);

4.3.3 数据解析与工程单位转换

称重模块返回的原始数据通常为 32 位整数或浮点数。以 32 位整数为例，假设分辨率为 0.1g：

// 将两个 16 位寄存器合并为 32 位整数
WeightInt := "WeightRaw"[1] * 65536 + "WeightRaw"[2];
// 转换为实际重量（单位：g）
Weight_g := WeightInt * 0.1;

4.4 接线与通讯架构总览

下图展示了 PLC 与称重模块之间的典型接线与通讯架构，涵盖模拟量与数字量两种路径：

4.5 模拟量 vs 数字量：关键对比总结