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WorkpieceHole 工件孔定位 - Modbus TCP 通信协议
1. 系统架构
┌─────────────────┐ Modbus TCP ┌─────────────────────┐
│ │◄────────────────────►│ │
│ 3D视觉系统 │ 192.168.0.88 │ 汇川PLC-easy320 │
│ (Modbus客户端) │ :502 │ (Modbus服务端) │
│ │ │ │
└─────────────────┘ └─────────────────────┘
2. 网络配置
| 设备 | IP地址 | 端口 | 角色 |
|---|---|---|---|
| 3D视觉系统 | - | - | Modbus TCP 客户端 |
| 汇川PLC-easy320 | 192.168.0.88 | 502 | Modbus TCP 服务端 |
3. 地址映射规则
汇川PLC D寄存器与Modbus保持寄存器地址映射关系：
代码协议地址 = D寄存器地址 + 1
示例：
D1000 -> 代码协议地址 1001
D1002 -> 代码协议地址 1003
D2000 -> 代码协议地址 2001
4. 寄存器地址定义
4.1 控制寄存器
| PLC寄存器 | 代码协议地址 | 类型 | 读/写 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| D1000 | 1001 | uint16 | R/W | 拍照请求标志（1=请求拍照） |
| D1002 | 1003 | uint16 | W | 数据输出完成标志（1=完成） |
4.2 坐标数据寄存器（D2000开始，最多10个点）
每个点包含6个float值（X, Y, Z, Pitch, Roll, Yaw），每个float占用2个寄存器（大端序），共12个寄存器/点。
| 点序号 | PLC寄存器范围 | 代码协议地址范围 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 点0 | D2000-D2011 | 2001-2012 | 第1个点坐标 |
| 点1 | D2012-D2023 | 2013-2024 | 第2个点坐标 |
| 点2 | D2024-D2035 | 2025-2036 | 第3个点坐标 |
| 点3 | D2036-D2047 | 2037-2048 | 第4个点坐标 |
| 点4 | D2048-D2059 | 2049-2060 | 第5个点坐标 |
| 点5 | D2060-D2071 | 2061-2072 | 第6个点坐标 |
| 点6 | D2072-D2083 | 2073-2084 | 第7个点坐标 |
| 点7 | D2084-D2095 | 2085-2096 | 第8个点坐标 |
| 点8 | D2096-D2107 | 2097-2108 | 第9个点坐标 |
| 点9 | D2108-D2119 | 2109-2120 | 第10个点坐标 |
4.3 单点坐标数据布局（以点0为例）
| PLC寄存器 | 代码协议地址 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|---|
| D2000-D2001 | 2001-2002 | float (大端) | X坐标 (mm) |
| D2002-D2003 | 2003-2004 | float (大端) | Y坐标 (mm) |
| D2004-D2005 | 2005-2006 | float (大端) | Z坐标 (mm) |
| D2006-D2007 | 2007-2008 | float (大端) | Pitch角度 (°) |
| D2008-D2009 | 2009-2010 | float (大端) | Roll角度 (°) |
| D2010-D2011 | 2011-2012 | float (大端) | Yaw角度 (°) |
注意:
- 每个float值占用2个寄存器，采用IEEE 754单精度浮点数格式
- 大端序（Big-Endian）：高位字在低地址寄存器，低位字在高地址寄存器
- 最多支持10个点，共120个寄存器（10 × 6 × 2 = 120）
5. 通信流程
时序图：
3D视觉系统 汇川PLC
│ │
│ 轮询读取D1000(地址1001) │
│◄─────────────────────────────│
│ │
│ D1000=1 (拍照请求) │
│◄─────────────────────────────│
│ │
│ 写0到D1000(地址1001) │
│─────────────────────────────►│
│ │
│ [执行拍照和算法处理] │
│ │
│ 写坐标到D2000(地址2001)开始│
│─────────────────────────────►│
│ │
│ 写1到D1002(地址1003) │
│─────────────────────────────►│
│ │
5.1 详细流程说明
-
轮询拍照请求
- 3D系统持续轮询读取PLC的D1000寄存器（代码协议地址1001）
- 轮询间隔：100ms（可配置）
- 使用边沿检测：只在0→1变化时触发
-
拍照执行
- 检测到D1000=1后，立即写0到D1000清除请求
- 触发相机拍照
- 执行工件孔定位算法
-
坐标输出
- 算法处理完成后，将坐标数据写入PLC的D2000开始的寄存器
- 代码协议地址：2001-2012（单点12个寄存器，6个float值）
- 数据格式：IEEE 754单精度浮点数，大端序
-
完成通知
- 坐标数据写入成功后，写1到D1002（代码协议地址1003）
- 通知PLC数据输出完成
6. 连接管理
6.1 自动重连机制
- 初始化时尝试连接PLC
- 连接失败时自动启动重连定时器
- 重连间隔：3000ms（可配置）
- 持续重连直到连接成功或软件关闭
6.2 优雅退出
- 设置关闭标志，阻止新的重连尝试
- 停止所有定时器（轮询、重连）
- 断开Modbus连接
- 释放资源
7. 错误处理
| 错误类型 | 处理方式 |
|---|---|
| 连接失败 | 自动重连，发送错误信号 |
| 读取失败 | 记录日志，下次轮询重试 |
| 写入失败 | 记录日志，返回失败状态 |
| 超时 | 默认1秒超时，触发重连 |
8. 配置文件
配置文件路径：config/config.xml
<TcpServerConfig
plcServerIp="192.168.0.88"
plcServerPort="502"
robotServerIp=""
robotServerPort="502"/>
注意: robotServerIp 留空表示不使用机械臂直连
9. 代码接口
9.1 PLCModbusClient 类
// 寄存器地址默认值（代码协议地址 = D寄存器 + 1）
static constexpr int DEFAULT_ADDR_PHOTO_REQUEST = 1001; // D1000: 拍照请求
static constexpr int DEFAULT_ADDR_DATA_COMPLETE = 1003; // D1002: 数据完成
static constexpr int DEFAULT_ADDR_COORD_DATA_START = 2001; // D2000: 坐标数据起始
// 每个点占用的寄存器数量（6个float × 2寄存器/float = 12寄存器）
static constexpr int REGS_PER_POINT = 12;
// 最大点数
static constexpr int MAX_POINTS = 10;
// 坐标数据结构（float类型，大端序）
struct CoordinateData {
float x = 0.0f; // X坐标 (mm)
float y = 0.0f; // Y坐标 (mm)
float z = 0.0f; // Z坐标 (mm)
float pitch = 0.0f; // Pitch角度 (°)
float roll = 0.0f; // Roll角度 (°)
float yaw = 0.0f; // Yaw角度 (°)
};
// 初始化连接
bool Initialize(const std::string& plcIP, int plcPort = 502, const RegisterConfig& regConfig = RegisterConfig());
// 关闭连接
void Shutdown();
// 启动/停止轮询
void StartPolling(int intervalMs = 100);
void StopPolling();
// 设置拍照触发回调
void SetPhotoTriggerCallback(PhotoTriggerCallback callback);
// 清除拍照请求（写0到D1000）
bool ClearPhotoRequest();
// 发送单个坐标数据到PLC（写入D2000开始）
bool SendCoordinateToPLC(const CoordinateData& coord, int pointIndex = 0);
// 发送多个坐标数据到PLC
bool SendCoordinatesToPLC(const std::vector<CoordinateData>& coords);
// 通知数据输出完成（写1到D1002）
bool NotifyDataComplete();
// 连接状态查询
bool IsPLCConnected() const;
9.2 信号
// 拍照请求信号
void photoRequested(int cameraIndex);
// 连接状态变化
void connectionStateChanged(bool plcConnected);
// 正在重连
void reconnecting(const QString& deviceName, int attemptCount);
// 错误发生
void errorOccurred(const QString& errorMsg);
10. 使用示例
// 创建客户端
PLCModbusClient* client = new PLCModbusClient(this);
// 从配置读取IP并初始化（只连接PLC）
PLCModbusClient::RegisterConfig regConfig;
regConfig.addrPhotoRequest = 1001; // D1000
regConfig.addrDataComplete = 1003; // D1002
regConfig.addrCoordDataStart = 2001; // D2000
client->Initialize(
config.plcRobotServerConfig.plcServerIp,
config.plcRobotServerConfig.plcServerPort,
regConfig
);
// 设置拍照回调
client->SetPhotoTriggerCallback([this, client](int cameraIndex) {
// 1. 清除拍照请求
client->ClearPhotoRequest();
// 2. 执行拍照和算法
auto results = doDetection(cameraIndex);
// 3. 发送多个坐标点到PLC（D2000开始，float大端序）
std::vector<PLCModbusClient::CoordinateData> coords;
for (const auto& result : results) {
PLCModbusClient::CoordinateData coord;
coord.x = result.x; // float (mm)
coord.y = result.y; // float (mm)
coord.z = result.z; // float (mm)
coord.pitch = result.pitch; // float (°)
coord.roll = result.roll; // float (°)
coord.yaw = result.yaw; // float (°)
coords.push_back(coord);
}
client->SendCoordinatesToPLC(coords);
// 4. 通知完成
client->NotifyDataComplete();
});
// 启动轮询
client->StartPolling(100);
// 程序退出时
client->Shutdown();
11. 版本历史
| 版本 | 日期 | 说明 |
|---|---|---|
| 1.0 | 2025-01 | 初始版本，支持PLC和机械臂 |
| 1.1 | 2025-01 | 移除机械臂直连，坐标数据输出到PLC |
| 1.2 | 2025-01 | 坐标数据改为float大端序，支持最多10个点 |