📚 课程目录第1章 LinuxCNC与PLC通信基础配置

1. LinuxCNC与PLC通信基础配置

任务目标

本案例完成LinuxCNC与PLC之间基于Modbus TCP的通信基础配置，实现双向数据交换：LinuxCNC读取PLC保持寄存器中的数值，并将自身状态写入PLC线圈。通过本案例，你将得到一个可独立运行的Modbus TCP通信配置，并验证数据读写是否成功。

环境与依赖

LinuxCNC 2.8+（已安装hal组件）
Python 3.6+，安装pymodbus库：pip install pymodbus
Modbus TCP从站设备或模拟器（如diagslave，或使用本案例附带的简易从站脚本）

实现方案

采用LinuxCNC的hal用户空间组件方式：编写一个Python HAL组件，通过Modbus TCP协议周期性地与PLC交换数据。该组件注册两个HAL引脚：plc-input（float，从PLC读取的值）和plc-output（bit，写入PLC的状态）。通信参数（IP、端口、寄存器地址、周期）通过命令行参数传入，便于与HAL配置文件集成。

关键完整代码


#!/usr/bin/env python3
# modbus_hal_io.py - LinuxCNC HAL component for Modbus TCP I/O
import hal, time, sys
from pymodbus.client import ModbusTcpClient

# --- HAL component setup ---
h = hal.component("modbus_io")
h.newpin("plc-input", hal.HAL_FLOAT, hal.HAL_IN)
h.newpin("plc-output", hal.HAL_BIT, hal.HAL_OUT)
h.ready()

# --- Parse arguments: ip port read_addr write_addr period_ms ---
if len(sys.argv) != 6:
    print("Usage: modbus_io <ip> <port> <read_addr> <write_addr> <period_ms>")
    sys.exit(1)

ip, port = sys.argv[1], int(sys.argv[2])
read_addr, write_addr = int(sys.argv[3]), int(sys.argv[4])
period = float(sys.argv[5]) / 1000.0

client = ModbusTcpClient(ip, port=port)
if not client.connect():
    print("ERROR: Cannot connect to Modbus device")
    sys.exit(1)

try:
    while True:
        # Read holding register (16-bit) from PLC
        rr = client.read_holding_registers(read_addr, 1)
        if rr.isError():
            print("Read error")
        else:
            h["plc-input"] = float(rr.registers[0])

        # Write current HAL pin state to PLC coil
        out_val = int(h["plc-output"])
        client.write_coil(write_addr, out_val)

        h.ready()  # update HAL
        time.sleep(period)
except KeyboardInterrupt:
    pass
finally:
    client.close()
    h.exit()

运行与集成

将上述代码保存为modbus_hal_io.py并赋予执行权限。在LinuxCNC的HAL配置文件中（如custom.hal）添加以下内容加载组件：


loadusr -W python /path/to/modbus_hal_io.py 192.168.1.100 502 0 0 100

参数含义：PLC IP为192.168.1.100，端口502，读取保持寄存器地址0，写入线圈地址0，通信周期100ms。启动LinuxCNC后，HAL引脚modbus_io.plc-input和modbus_io.plc-output即被创建。

验证方法

使用Modbus从站模拟器（如diagslave -m tcp -p 502）或真实PLC作为对端。验证步骤如下：

在从站端将保持寄存器0设为1234，在LinuxCNC的HAL终端执行getp modbus_io.plc-input，应输出1234.0。
在HAL终端执行setp modbus_io.plc-output 1，观察从站端线圈0状态变为ON。
若上述两项均符合预期，则通信配置成功。

预期输出：getp modbus_io.plc-input返回从站寄存器值（如1234.0）；从站线圈状态随setp命令变化。此结果由代码逻辑直接推出，非实测数据。

常见问题

连接失败：确认IP/端口正确，从站已启动，防火墙未阻断TCP 502端口。
读取值不变：检查寄存器地址是否匹配从站映射表，部分PLC地址从1开始，需在代码中做偏移。
HAL引脚未出现：确认loadusr路径正确，且Python脚本无语法错误（可先手动运行脚本测试）。