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發(fā)布者:yan1992  發(fā)布時間:2016-12-18 23:23:24

 

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西門子在 Micro/WIN V4.0 SP5 中正式推出 Modbus RTU 主站協(xié)議庫(西門子標(biāo)準(zhǔn)庫指令)。

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圖 1. 西門子標(biāo)準(zhǔn)指令庫(Micro/WIN V4.0 SP5)

 
注意
  • 1. Modbus RTU 主站指令庫的功能是通過在用戶程序中調(diào)用預(yù)先編好的程序功能塊實現(xiàn)的,該庫對 Port 0 和 Port 1 有效。該指令庫將設(shè)置通信口工作在自由口模式下。
  • 2. Modbus RTU 主站指令庫使用了一些用戶中斷功能,編其他程序時不能在用戶程序中禁止中斷。
  • 3. Modbus RTU 主站庫對CPU的版本有要求。CPU 的版本必須為 2.00 或者 2.01(即訂貨號為 6ES721*-***23-0BA*),1.22版本之前(包括1.22版本)的 S7-200 CPU 不支持。

使用 Modbus RTU 主站指令庫,可以讀寫 Modbus RTU 從站的數(shù)字量、模擬量 I/O 以及保持寄存器。

要使用 Modbus RTU 主站指令庫,須遵循下列步驟:

1.2 Modbus RTU 主站功能編程

1. 調(diào)用 Modbus RTU 主站初始化和控制子程序

使用 SM0.0 調(diào)用 MBUS_CTRL 完成主站的初始化,并啟動其功能控制:

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圖 2. 用 SM0.0 調(diào)用 Modbus RTU 主站初始化與控制子程序

各參數(shù)意義如下:

a. EN 使能: 必須保證每一掃描周期都被使能(使用 SM0.0)
b. Mode 模式: 為 1 時,使能 Modbus 協(xié)議功能;為 0 時恢復(fù)為系統(tǒng) PPI 協(xié)議
c. Baud 波特率: 支持的通訊波特率為1200,2400,4800,9600,19200,38400,57600,115200。
d. Parity 校驗: 校驗方式選擇
  0=無校驗
1=奇較驗
2=偶較驗   
e. Timeout 超時: 主站等待從站響應(yīng)的時間,以毫秒為單位,典型的設(shè)置值為 1000 毫秒(1 秒),允許設(shè)置的范圍為 1 - 32767。
   注意: 這個值必須設(shè)置足夠大以保證從站有時間響應(yīng)。
f. Done 完成位: 初始化完成,此位會自動置1??梢杂迷撐粏?MBUS_MSG 讀寫操作(見例程)
g. Error   初始化錯誤代碼(只有在 Done 位為1時有效):
  0= 無錯誤
1= 校驗選擇非法
2= 波特率選擇非法
3= 模式選擇非法

2. 調(diào)用 Modbus RTU 主站讀寫子程序MBUS_MSG,發(fā)送一個Modbus 請求;

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圖 3. 調(diào)用Modbus RTU 主站讀寫子程序

各參數(shù)意義如下:

a. EN 使能: 同一時刻只能有一個讀寫功能(即 MBUS_MSG)使能
   注意:建議每一個讀寫功能(即 MBUS_MSG)都用上一個 MBUS_MSG 指令的 Done 完成位來激活,以保證所有讀寫指令循環(huán)進(jìn)行(見例程)。
b. First 讀寫請求位: 每一個新的讀寫請求必須使用脈沖觸發(fā)
c. Slave 從站地址: 可選擇的范圍   1 - 247
d. RW 從站地址: 0 = 讀, 1 = 寫
   注意:
1. 開關(guān)量輸出和保持寄存器支持讀和寫功能
2. 開關(guān)量輸入和模擬量輸入只支持讀功能
e. Addr 讀寫從站的數(shù)據(jù)地址:
  選擇讀寫的數(shù)據(jù)類型
  00001 至 0xxxx - 開關(guān)量輸出
  10001 至 1xxxx - 開關(guān)量輸入
30001 至 3xxxx - 模擬量輸入
40001 至 4xxxx - 保持寄存器
f. Count 數(shù)據(jù)個數(shù) 通訊的數(shù)據(jù)個數(shù)(位或字的個數(shù))
   注意: Modbus主站可讀/寫的最大數(shù)據(jù)量為120個字(是指每一個 MBUS_MSG 指令)
g. DataPtr 數(shù)據(jù)指針: 1. 如果是讀指令,讀回的數(shù)據(jù)放到這個數(shù)據(jù)區(qū)中
  2. 如果是寫指令,要寫出的數(shù)據(jù)放到這個數(shù)據(jù)區(qū)中
h. Done 完成位 讀寫功能完成位
i. Error 錯誤代碼: 只有在 Done 位為1時,錯誤代碼才有效
  0 = 無錯誤
1 = 響應(yīng)校驗錯誤
2 = 未用
3 = 接收超時(從站無響應(yīng))
4 = 請求參數(shù)錯誤(slave address, Modbus address, count, RW)
5 = Modbus/自由口未使能
6 = Modbus正在忙于其它請求
7 = 響應(yīng)錯誤(響應(yīng)不是請求的操作)
8 = 響應(yīng)CRC校驗和錯誤
-
101 = 從站不支持請求的功能
102 = 從站不支持?jǐn)?shù)據(jù)地址
103 = 從站不支持此種數(shù)據(jù)類型
104 = 從站設(shè)備故障
105 = 從站接受了信息,但是響應(yīng)被延遲
106 = 從站忙,拒絕了該信息
107 = 從站拒絕了信息
108 = 從站存儲器奇偶錯誤
常見的錯誤:
  • 如果多個 MBUS_MSG 指令同時使能會造成 6 號錯誤
  • 庫存儲區(qū)被程序其它地方復(fù)用,有時也會造成6 號錯誤
  • 從站 delay 參數(shù)設(shè)的時間過長會造成主站 3 號錯誤
  • 從站掉電或不運(yùn)行,網(wǎng)絡(luò)故障都會造成主站 3 號錯誤

3. 在 CPU 的 V 數(shù)據(jù)區(qū)中為庫指令分配存儲區(qū)(Library Memory)

Modbus Master 指令庫需要一個284個字節(jié)的全局 V 存儲區(qū)。

參考:分配庫指令數(shù)據(jù)區(qū)

1.3 關(guān)于 Modbus RTU 主站協(xié)議及地址

此為西門子正式推出的標(biāo)準(zhǔn)庫指令說明資料。

在 Modbus RTU Master 協(xié)議和 PPI 協(xié)議之間切換:

Modbus RTU Master 協(xié)議指令庫使通信口工作在自由口模式下,此時不能與 Micro/WIN 軟件通信。要在切換回 PPI 協(xié)議,可以:

  • 將 MBUS_CTRL 指令的 Mode 輸入端設(shè)置為邏輯"0"
  • 將 CPU 的允許模式選擇開關(guān)置為 STOP 位置
 
Modbus RTU Master 協(xié)議庫的執(zhí)行時間:

Modbus RTU Master 協(xié)議庫的 MBUS_CTRL 指令不需要很長的執(zhí)行時間。MBUS_需要 1.11 ms 用于初始化,在后續(xù)的每個掃描周期中只占用 0.41 ms。

調(diào)用 MBUS_MSG 子程序會加長處理時間。大部分時間都用于 CRC 校驗的計算。每讀、寫一個字的數(shù)據(jù)就需要 1.85 ms 掃描時間。數(shù)據(jù)最多的情況下(讀、寫 120 字的數(shù)據(jù)),掃描時間大概會擴(kuò)增加 222 ms。讀操作的時間主要消耗在接收數(shù)據(jù)上;寫操作的時間主要消耗在發(fā)送數(shù)據(jù)上。

 
Modbus 地址
 

通常 Modbus 地址由 5 位數(shù)字組成,包括起始的數(shù)據(jù)類型代號,以及后面的偏移地址。Modbus Master 協(xié)議庫把標(biāo)準(zhǔn)的 Modbus 地址映射為所謂 Modbus 功能號,讀寫從站的數(shù)據(jù)。Modbus Master 協(xié)議庫支持如下地址:

  • 00001 - 09999:數(shù)字量輸出( 線圈)
  • 10001 - 19999:數(shù)字量輸入(觸點(diǎn))
  • 30001 - 39999:輸入數(shù)據(jù)寄存器(通常為模擬量輸入)
  • 40001 - 49999:數(shù)據(jù)保持寄存器
 
Modbus Master 協(xié)議庫支持的功能
 

為了支持上述 Modbus 地址的讀寫,Modbus Master 協(xié)議庫需要從站支持下列功能:

表 1. 需要從站支持的功能

Modbus 地址 讀/寫 Modbus 從站須支持的功能
00001 - 09999
數(shù)字量輸出
功能 1
功能 5:寫單輸出點(diǎn)
功能 15:寫多輸出點(diǎn)
10001 - 19999
數(shù)字量輸入
功能 2

30001 - 39999
輸入寄存器

功能 4
40001 - 49999
保持寄存器
功能 3
功能 6:寫單寄存器單元
功能 16:寫多寄存器單元
 
Modbus 地址和 S7-200 存儲區(qū)地址的映射
 

S7-200 通過 Modbus Master 和 Slave 協(xié)議庫通信時,Modbus 地址和 S7-200 內(nèi)存儲區(qū)地址的 映射關(guān)系都類似。

Modbus 保持寄存器地址映射舉例:

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Modbus 數(shù)字量地址映射舉例:

 

位地址(0xxxx 和 1xxxx)數(shù)據(jù)總是以字節(jié)為單位打包讀寫。第一個字節(jié)中的最低有效位對應(yīng) Modbus 地址的起始地址。如下圖所示:

 
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圖 4. 數(shù)字量地址映射舉例

1.4 Modbus RTU 主站例程

為了更好地理解 Modbus 主站的編程,可參考下面的例程。

 

例子程序1: 多個MBUS_MSG指令輪詢執(zhí)行,

 
注意
  • 1. 該例程使用 Micro/WIN V4.0 SP5 保存。
  • 2. 該例程僅訪問一個從站,若訪問不同的從站,可通過改變從站地址來實現(xiàn)。

Modbus RTU 主站指令庫應(yīng)用例程

 
例子程序2:反復(fù)激活單個MBUS_MSG指令:
 

Modbus RTU 主站變址方式輪詢訪問應(yīng)用例程

 

注意:此指令庫/程序的作者和擁有者對于該軟件的功能性和兼容性不負(fù)任何責(zé)任。使用該軟件的風(fēng)險完全由用戶自行承擔(dān)。由于它是免費(fèi)的,所以不提供任何擔(dān)保,錯誤糾正和熱線支持,用戶不必為 此聯(lián)系西門子技術(shù)支持與服務(wù)部門。

1.5 Modbus RTU 主站常問問題

Modbus RTU 主站庫對 CPU 的版本是否有要求,為什么編譯例子程序時,會遇到 4 個錯誤?

Modbus RTU 主站庫對 CPU 的版本確實有要求,CPU 的版本必須為 2.00 或者 2.01(即訂貨號為6ES721*-***23-0BA*),1.22 版本之前(包括 1.22 版本)的 S7-200 CPU 不支持。

Modbus 指令庫啟動后,如何通過同一個通信端口進(jìn)行 CPU 監(jiān)控?

Modbus 指令庫使用的是 CPU 的自由口通信功能,工作在自由口模式下的通訊口不能使用 Micro/WIN 的 PPI 編程通信監(jiān)控。如果通信口都已經(jīng)被占用,可以考慮:

  • 加一個通信模塊(如 EM 277、CP 243-1、EM 241 等)擴(kuò)展出一個編程通信口
  • 中止自由口模式,可以將 CPU 上的模式開關(guān)從 RUN 撥到 STOP;或者保持處于 RUN 狀態(tài),用程序停止指令庫的 Modbus 模式(參見指令庫應(yīng)用)

 如何理解 Modbus 地址與功能碼的區(qū)別?

Modbus 地址與 Modbus 的功能碼是兩個層次的概念。

 

根據(jù) Modbus 通信協(xié)議,Modbus 數(shù)據(jù)的地址使用 0xxxx、1xxxx、3xxxx 和 4xxxx 的形式,分別表示數(shù)字量輸出、數(shù)字量輸入、模擬量輸入等數(shù)據(jù)地址。在使用 S7-200 的指令庫時,Modbus 數(shù)據(jù)地址與 S7-200 的 I/O 和數(shù)據(jù)存儲區(qū)地址間有特定的對應(yīng)關(guān)系。

 

有些設(shè)備表明它支持 Modbus RTU 通信協(xié)議,但也詳細(xì)提供了讀寫數(shù)據(jù)的詳細(xì)通信幀格式,其中包括如何指定 Modbus 站的地址,需要讀寫數(shù)據(jù)類型、長度等等。數(shù)據(jù)幀有特定字節(jié)指出此指令讀寫的數(shù)據(jù)類型和地址,此字節(jié)的數(shù)據(jù)內(nèi)容即所謂"功能碼",如功能 1 指定讀取單個/多個數(shù)字量輸出點(diǎn)的值。

 

支持 Modbus 協(xié)議的設(shè)備或軟件,使用時用戶直接設(shè)置或看到的應(yīng)當(dāng)是 Modbus 數(shù)據(jù)地址。Modbus 地址所訪問的數(shù)據(jù),是通過各種"功能"讀寫而來。功能碼是 Modbus 地址的底層。如果 Modbus 通信的一方提供的所謂 Modbus 協(xié)議只有功能碼,則需要注意了解此功能號與 Modbus 地址間的對應(yīng)關(guān)系。

如何訪問大于 9999 的保持寄存器地址?

通常 Modbus 協(xié)議的保持寄存器地址范圍在 40001 - 49999 之間。對于多數(shù)應(yīng)用來說已經(jīng)夠了。但有些 Modbus 從站把地址映射到保持寄存器區(qū)的地址超過 9999 的部分。

Modbus Master 協(xié)議庫支持超過 9999 的保持寄存器地址。地址范圍為 400001 - 465536。只需在調(diào)用 MBUS_MSG 子程序時給 Addr 參數(shù)賦相應(yīng)的值即可,如 416768。

 Modubs Master 擴(kuò)展地址模式僅支持保持寄存器區(qū),不支持其他地址類型。

S7-200 作為 Modbus 主站方接收上來的數(shù)據(jù)格式與第三方設(shè)備不一樣怎么辦?

西門子PLC數(shù)據(jù)的存儲格式為高位低存方式。舉例:VD200中包含VW200和VW202,其中VW202是低字,VW200是高字。若第三方設(shè)備與西門子數(shù)據(jù)存儲格式不同,是低位低存的方式,那么通信上來的數(shù)據(jù)就會存在錯誤,需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換才能使用。編程的方式比較多樣,針對雙字中高低字的交換可以使用SWAP(字交換)指令,若是字節(jié)交換可以考慮循環(huán)移位指令。

S7-200 是否支持如 Modbus TCP 等其它協(xié)議?

不支持。S7-200自身的通信端口或其通信擴(kuò)展模塊均不支持 Modbus TCP、CANopen、DeviceNet 以及 BACnet 通信協(xié)議。

 為什么 S7-200 作 Modbus 主站時 MBUS_MSG 指令報6號錯誤?

引起6號錯誤主要有兩方面的原因:1.多個 MBUS_MSG 指令同時使能執(zhí)行;2. Modbus庫存儲區(qū)中分配的建議地址區(qū)與編程中已使用的V存儲區(qū)有重疊。

2Modbus RTU從站

2.1 CPU 上的通信口(Port0)支持 Modbus RTU 從站通信協(xié)議

S7-200 CPU上的通信口Port0可以支持Modbus RTU協(xié)議,成為Modbus RTU從站。此功能是通過S7-200的自由口通信模式實現(xiàn),因此可以通過無線數(shù)據(jù)電臺等慢速通信設(shè)備傳輸。

 詳情請參考《S7-200系統(tǒng)手冊》之相關(guān)章節(jié)。

要實現(xiàn)Modbus RTU通信,需要STEP 7-Micro/WIN32 V3.2以上版本的編程軟件,而且須安裝STEP 7-Micro/WIN32 V3.2 Instruction Library(指令庫)。Modbus RTU功能是通過指令庫中預(yù)先編好的程序功能塊實現(xiàn)的。

 Modbus RTU從站指令庫只支持CPU上的通信0口(Port0)。

2.2 編程基本步驟:

檢查Micro/WIN的軟件版本,應(yīng)當(dāng)是STEP 7-Micro/WIN V3.2以上版本。

檢查Micro/WIN的指令樹中是否存在Modbus RTU從站指令庫(圖1),庫中應(yīng)當(dāng)包括MBUS_INIT和MBUS_SLAVE兩個子程序。如果沒有,須安裝Micro/WIN32 V3.2的Instruction Library(指令庫)軟件包;

圖1. 指令樹中的庫指令

編程時使用SM0.1調(diào)用子程序MBUS_INIT進(jìn)行初始化,使用SM0.0調(diào)用MBUS_SLAVE,并指定相應(yīng)參數(shù)。關(guān)于參數(shù)的詳細(xì)說明,可在子程序的局部變量表中找到;

圖2. 調(diào)用Modbus RTU通信指令庫

圖中參數(shù)意義如下:

  • 模式選擇:啟動/停止Modbus,1=啟動;0=停止
  • 從站地址:Modbus從站地址,取值1~247
  • 波特率:可選1200,2400,4800,9600,19200,38400,57600,115200
  • 奇偶校驗:0=無校驗;1=奇校驗;2=偶校驗
  • 延時:附加字符間延時,缺省值為0
  • 最大I/Q位:參與通信的最大I/O點(diǎn)數(shù),S7-200的I/O映像區(qū)為128/128,缺省值為128
  • 最大AI字?jǐn)?shù):參與通信的最大AI通道數(shù),可為16或32
  • 最大保持寄存器區(qū):參與通信的V存儲區(qū)字(VW)
  • 保持寄存器區(qū)起始地址:以&VBx指定(間接尋址方式)
  • 初始化完成標(biāo)志:成功初始化后置1
  • 初始化錯誤代碼
  • Modbus執(zhí)行:通信中時置1,無 Modbus 通信活動時為 0。
  • 錯誤代碼:0=無錯誤
 1. 從站錯誤代碼
錯誤代碼 描述
0 無錯誤
1 存儲區(qū)范圍錯誤
2 非法波特率或校驗
3 非法從站地址
4 Modbus 參數(shù)的非法值
5 保持寄存器與Modbus從站符號地址重復(fù)
6 接收校驗錯誤
7 接收CRC錯誤
8 非法功能請求/不支持的功能
9 請求中有非法存儲區(qū)地址
10 從站功能未使能

在CPU的V數(shù)據(jù)區(qū)中分配庫指令數(shù)據(jù)區(qū)(Library Memory)

如有必要,使用主站軟件測試。

 

注意:由子程序參數(shù)HoldStart和MaxHold指定的保持寄存器區(qū),是在S7-200 CPU的V數(shù)據(jù)存儲區(qū)中分配,此數(shù)據(jù)區(qū)不能和庫指令數(shù)據(jù)區(qū)有任何重疊,否則在運(yùn)行時會產(chǎn)生錯誤,不能正常通信。注意Modbus 中的保持寄存器區(qū)按"字"尋址,即MaxHold規(guī)定的是VW而不是VB的個數(shù)。

 

在圖2的例子中,規(guī)定了 Modbus 保持寄存器區(qū)從 VB0 開始(HoldStart = VB0),并且保持寄存器為1000個字(MaxHold=1000),因保持寄存器以字(兩個字節(jié))為單位,實際上這個通信緩沖區(qū)占用了VB0~VB1999共2000個字節(jié)。因此分配庫指令保留數(shù)據(jù)區(qū)時至少要從VB2000開始。當(dāng)然保持區(qū)不一定要從VB0開始。

 

注意:你選用的CPU的V存儲區(qū)大??!CPU型號不同V數(shù)據(jù)存儲區(qū)大小不同。應(yīng)根據(jù)需要選擇Modbus保持寄存器區(qū)域的大小。

 

包含 Modbus RTU 從站指令庫的項目編譯、下載到CPU中后,在編程計算機(jī)(PG/PC)上運(yùn)行一些 Modbus 測試軟件可以檢驗S7-200的Modbus RTU通信是否正常,這對查找故障點(diǎn)很有用。測試軟件通過計算機(jī)串口(RS-232)和PC/PPI電纜連接CPU。如果必要,須將PC/PPI電纜設(shè)置在自由口通信方式。

 

可到一些軟件下載網(wǎng)站尋找類似軟件,如 ModScan32 等。

2.3 Modbus RTU 從站地址與S7-200的地址對應(yīng)

Modbus地址總是以00001、30004之類的形式出現(xiàn)。S7-200內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲區(qū)與Modbus的0、1、3、4共4類地址的對應(yīng)關(guān)系如下:

表2. Modbus地址對應(yīng)表

Modbus地址 S7-200數(shù)據(jù)區(qū)
00001 ~ 00128 Q0.0 ~ Q15.7
10001 ~ 10128 I0.0 ~ I15.7
30001 ~ 30032 AIW0 ~ AIW62
40001 ~ 4xxxx T ~ T + 2 * (xxxx -1)

其中T為S7-200中的緩沖區(qū)起始地址,即 HoldStart。

如果已知S7-200中的V存儲區(qū)地址,推算Modbus地址的公式如下:

Modbus地址 = 40000 + (T/2+1) ; T為偶數(shù)

2.4 Modbus RTU 從站指令庫支持的功能碼

Modbus RTU 從站指令庫支持特定的 Modbus 功能。訪問使用此指令庫的主站必須遵循這個指令庫的要求。

表 3. Modbus RTU 從站功能碼

功能碼 主站使用相應(yīng)功能碼作用于此從站的效用
1 讀取單個/多個線圈(離散量輸出點(diǎn))狀態(tài)。 功能 1 返回任意個數(shù)輸出點(diǎn)(Q)的 ON/OFF 狀態(tài)。
2 讀取單個/多個觸點(diǎn)(離散量輸入點(diǎn))狀態(tài)。 功能 2 返回任意個數(shù)輸入點(diǎn)(I)的 ON/OFF 狀態(tài)。
3 讀取單個/多個保持寄存器。功能 3 返回 V 存儲區(qū)的內(nèi)容。在 Modbus 協(xié)議下保持寄存器都是"字"值,在一次請求中可以讀取最多 120 個字的數(shù)據(jù)。
4 讀取單個/多個輸入寄存器。功能 4 返回 S7-200 的模擬量數(shù)據(jù)值。
5 寫單個線圈(離散量輸出點(diǎn))。功能 5 用于將離散量輸出點(diǎn)設(shè)置為指定的值。這個點(diǎn)不是被強(qiáng)制的,用戶程序可以覆蓋 Modbus 通信請求寫入的值。
6 寫單個保持寄存器。功能 6 寫一個值到 S7-200 的 V 存儲區(qū)的保持寄存器中。
15 寫多個線圈(離散量輸出點(diǎn))。功能 15 把多個離散量輸出點(diǎn)的值寫到 S7-200 的輸出映像寄存器(Q 區(qū))。輸出點(diǎn)的地址必須以字節(jié)邊界起始(如 Q0.0 或 Q2.0),并且輸出點(diǎn)的數(shù)目必須是 8 的整數(shù)倍。這是此 Modbus RTU 從站指令庫的限制。些點(diǎn)不是被強(qiáng)制的,用戶程序可以覆蓋 Modbus 通信請求寫入的值。
16 些多個保持寄存器。功能 16 寫多個值到 S7-200 的 V 存儲區(qū)的保持寄存器中。在一次請求中可以寫最多 120 個字的數(shù)據(jù)。

2.5 Modbus RTU 從站例程

Modbus RTU 從站例程

需要 STEP 7-Micro/WIN V4.0 SP3 以上版打開

2.6 Modbus RTU 從站常見問題

Modbus 從站的網(wǎng)絡(luò)地址與 S7-200 的 CPU 網(wǎng)絡(luò)地址有什么關(guān)系?

 

沒有關(guān)系。支持網(wǎng)絡(luò)通信的通信協(xié)議必須有其自己的網(wǎng)絡(luò)尋址規(guī)定。 Modbus 從站的地址只是它在 Modbus 網(wǎng)絡(luò)上的地址,而通常所說的 S7-200 CPU 地址是 CPU 在西門子的 PPI 網(wǎng)絡(luò)上的站地址。S7-200 CPU 的大部分通信功能都通過 PPI 網(wǎng)絡(luò)完成,例如編程、網(wǎng)絡(luò)讀寫通信等。

 

 如何理解 Modbus 地址與功能碼的區(qū)別?

 

Modbus 地址與 Modbus 的功能碼是兩個層次的概念。

 

根據(jù) Modbus 通信協(xié)議,Modbus 數(shù)據(jù)的地址使用 00xxx、10xxx、30xxx 和 40xxx 的形式,分別表示數(shù)字量輸出、數(shù)字量輸入、模擬量輸入等數(shù)據(jù)地址。在使用 S7-200 的指令庫時,Modbus 數(shù)據(jù)地址與 S7-200 的 I/O 和數(shù)據(jù)存儲區(qū)地址間有特定的對應(yīng)關(guān)系。

 

有些設(shè)備表明它支持 Modbus RTU 通信協(xié)議,但也詳細(xì)提供了讀寫數(shù)據(jù)的詳細(xì)通信幀格式,其中包括如何指定 Modbus 站的地址,需要讀寫數(shù)據(jù)類型、長度等等。數(shù)據(jù)幀有特定字節(jié)指出此指令讀寫的數(shù)據(jù)類型和地址,此字節(jié)的數(shù)據(jù)內(nèi)容即所謂"功能碼",如功能 1 指定讀取單個/多個數(shù)字量輸出點(diǎn)的值。

 

支持 Modbus 協(xié)議的設(shè)備或軟件,使用時用戶直接設(shè)置或看到的應(yīng)當(dāng)是 Modbus 數(shù)據(jù)地址。Modbus 地址所訪問的數(shù)據(jù),是通過各種"功能"讀寫而來。功能碼是 Modbus 地址的底層。如果 Modbus 通信的一方提供的所謂 Modbus 協(xié)議只有功能碼,則需要注意了解此功能號與 Modbus 地址間的對應(yīng)關(guān)系。

Modbus 指令庫啟動后,如何通過同一個通信端口進(jìn)行 CPU 監(jiān)控?

 

Modbus 指令庫使用的是 CPU 的自由口通信功能,工作在自由口模式下的通訊口不能使用 Micro/WIN 的 PPI 編程通信監(jiān)控。如果通信口都已經(jīng)被占用,可以考慮:

 
  • 加一個通信模塊(如 EM 277、CP 243-1、EM 241 等)擴(kuò)展出一個編程通信口
  • 中止自由口模式,可以將 CPU 上的模式開關(guān)從 RUN 撥到 STOP;或者保持處于 RUN 狀態(tài),用程序停止指令庫的 Modbus 模式(參見指令庫應(yīng)用)

為何有些 HMI 軟件使用 Modbus RTU 讀取S7-200中的實數(shù)會出現(xiàn)錯誤?

 

有些HMI軟件使用Modbus RTU通信協(xié)議時,處理存儲在數(shù)據(jù)保持寄存器中的實數(shù)(浮點(diǎn)數(shù))的方式與西門子的實數(shù)保存格式不同。西門子的PLC遵循"高字節(jié)低地址、低字節(jié)高地址"的規(guī)律。

 

Modbus RTU的保持寄存器總是以"字(雙字節(jié))"為單位,而一個實數(shù)需要4個字節(jié)(雙字)表示。HMI軟件在處理時可能會把保持寄存器的兩個"字"互換位置,造成不能識別以西門子格式表示的實數(shù)。如果HMI軟件一方無法處理這種實數(shù),則可在S7-200 CPU中編程將存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)(保持寄存器區(qū))的實數(shù)的高字和低字互換。

為何有的HMI軟件用Modbus RTU可以讀取作為從站的S7-200的內(nèi)容,但不能寫入?

 

可能此軟件使用了Modbus功能15(寫多個離散量)或類似功能(功能 16)。S7-200從站協(xié)議遵守"以整字節(jié)地址邊界(如Q0.0、Q2.0)開始、以8的整數(shù)倍為位個數(shù)"的規(guī)約。如果HMI軟件未嚴(yán)格執(zhí)行此規(guī)律就可能發(fā)生寫入錯誤的情況。

 

S7-200是否支持 Modbus ASCII 模式?

 

S7-200可以支持上述模式,但是沒有現(xiàn)成的指令庫,需要用戶自己編程。

 

項目編譯后為何出現(xiàn)很多錯誤?

 

使用指令庫時,若編譯后出現(xiàn)很多錯誤,一般是因為未指定庫指令數(shù)據(jù)存儲區(qū)。請參考相關(guān)條目。

 

S7-200 CPU的Port1是否可以支持Modbus RTU協(xié)議?

 

可以。用戶可以自己編程實現(xiàn)。

 

在S7-200的"Tips and Tricks"幫助文檔中,Tip041是Modbus RTU從站程序,用戶可以參考。

 

S7-200是否可以組成Modbus RTU通信網(wǎng)絡(luò)?如何組網(wǎng)?

 

S7-200可以組成RS-485基礎(chǔ)上的Modbus RTU網(wǎng)絡(luò)。如果通信對象是不同標(biāo)準(zhǔn)的通信口,可能還需要轉(zhuǎn)換。
參見:RS-485網(wǎng)絡(luò)組成

 

3STEP 7-Micro/WIN 的標(biāo)準(zhǔn)指令庫

STEP 7-Micro/WIN V4.0 以上版內(nèi)部已經(jīng)帶有新的指令庫,但在未安裝西門子 Instruction Library 軟件包的情況下,不能顯示出來使用。

 

要使用西門子的標(biāo)準(zhǔn)指令庫,必須先安裝西門子的指令庫軟件包 Instruction Library。安裝了 Instruction Library 之后,只要安裝的 STEP 7-Micro/WIN 版本是最新的,就能獲得相應(yīng)版本的新指令庫。安裝 Micro/WIN 的升級包(Service Pack)也會更新指令庫的版本。

 

用戶可以直接從下面獲得西門子 Instruction Library 軟件安裝包:

Instruction Library

最新的 STEP 7-Micro/WIN V4.0 SP5 版本支持以下幾種西門子標(biāo)準(zhǔn)指令庫:

  • USS通信協(xié)議庫:
    可使CPU通信口 Port0 和 Port 1 支持與Micro-Master 3(MM3系列)和Micro-Master 4(MM4系列,如MM420、MM430、MM440等)、SINAMICS G110系列的USS通信控制,通過一些預(yù)先編好的子程序和中斷程序,以方便地控制變頻器的運(yùn)行和讀寫其參數(shù)。
    Micro/WIN V4.0的USS指令庫現(xiàn)在已經(jīng)針對西門子的Master Drive做了優(yōu)化。
  • Modbus RTU Slave(從站)通信協(xié)議庫:
    可使CPU通信口 Port0 支持Modbus RTU從站通信功能。
  • Modbus RTU Master (主站)通信協(xié)議庫: 
    可使 CPU 通信口 Port 0 和 Port 1 支持 Modbus RTU 主站通信功能。

以上通信協(xié)議庫都是使用了S7-200 CPU的自由口通信功能。

 
 

圖1. 西門子標(biāo)準(zhǔn)庫以淺藍(lán)色圖標(biāo)表示(Micro/WIN V4.0 SP5)

從以下兩種途徑可以獲得STEP 7-Micro/WIN指令庫:

 
  • 安裝STEP 7-Micro/WIN32 附加軟件包Instruction Library V1.1,訂貨號6ES7830-2BC00-0YX0。
  • 已安裝STEP 7-Micro/WIN32 V3.1和Toolbox V1.0(包括為TP070配置的TP Designer和老的指令庫,訂貨號6ES7810-2TC00-0YX0),再安裝正式的STEP 7-Micro/WIN32 V3.2(或V4.0)版,也可自動獲得新的指令庫。新舊版本的軟件及其指令庫可以在一臺計算機(jī)上共存(V4.0 的各升級包不能共存)。
 

注意:

  • 所有舊的CPU21x不能使用新的指令庫
  • 舊版本的指令庫不能與新的指令庫在同一個項目文件中共存
  • 安裝了新版本的指令庫后,舊版本的指令庫不再能夠看到
  • 用戶自定義的指令庫不能與西門子的庫重名

有時因為系統(tǒng)和軟件安裝有問題,可能在安裝完西門子標(biāo)準(zhǔn)指令庫后仍然不能看到西門子標(biāo)準(zhǔn)庫。這時可以嘗試添加標(biāo)準(zhǔn)庫。標(biāo)準(zhǔn)庫的文件存在Micro/WIN安裝目錄下的Standard Libs目錄下。

3.1 分配庫指令數(shù)據(jù)區(qū)

調(diào)用STEP 7 - Mciro/WIN32 V3.2 Instruction Library(指令庫)需要分配庫指令數(shù)據(jù)區(qū)(Library Memory)。庫指令數(shù)據(jù)區(qū)是相應(yīng)庫的子程序和中斷程序所要用到的變量存儲空間。

 

如果在編程時不分配庫指令數(shù)據(jù)區(qū),編譯時會產(chǎn)生許多相同的錯誤(錯誤18)。

 

操作步驟(以Modbus RTU庫指令為例):

 

在指令樹的Project(項目)中,以鼠標(biāo)右鍵單擊Program Block(程序塊),在彈出的快捷菜單中選擇Library Memory。如圖2所示:

圖2

在彈出的選項卡中設(shè)置庫指令數(shù)據(jù)區(qū),如圖2所示:

圖3.缺省情況下是從VB0開始,但因為與Modbus的保持寄存區(qū)沖突,所以手動改為VB2000。按"Suggest Address"按鈕也可以自動分配。

可以使用Suggest Address(推薦地址)設(shè)置數(shù)據(jù)區(qū),但要注意編程軟件設(shè)置的數(shù)據(jù)區(qū)地址,只考慮到了其他一般尋址,而未考慮到諸如Modbus數(shù)據(jù)保持寄存器區(qū)等的設(shè)置。應(yīng)當(dāng)確保不與其他任何已使用的數(shù)據(jù)區(qū)重疊、沖突。不應(yīng)重復(fù)按Suggest Address按鈕,否則也會造成混亂。

在STEP 7-Micro/WIN32 V3.1中,有分配庫指令數(shù)據(jù)區(qū)時有不同的操作方法,需要在Symbol Table(符號表)中設(shè)置一個首地址。我們強(qiáng)烈建議使用當(dāng)時最新的編程版本。

3.2 添加指令庫

注意:添加自定義指令庫,需要關(guān)閉編輯庫指令的項目,新建立一個項目。如果要添加其他來源的庫指令自然不需要如此。

第一步:在Micro/WIN的File(文件)菜單中選擇Add/Remove Libraries...(添加/刪除指令庫)命令 ;或者在指令樹的Libraries(指令庫)分支上單擊鼠標(biāo)右鍵,選擇Add/Remove Libraries...

圖4. 選擇添加/刪除指令庫命令

添加/刪除對話框中將顯示已經(jīng)在本機(jī)的Micro/WIN中集成的用戶自定義指令庫。

圖5. 已安裝的庫指令

第二步:按Add(添加)按鈕,選擇新定義的庫文件路徑。用戶自定義庫將自動添加到Micro/WIN指令樹的Libraries分支下。

圖6. 選擇庫文件

 缺省情況下,Micro/WIN到圖8中的路徑下尋找?guī)熘噶钗募?。用戶也可以指定其他路徑。但要注意庫文件?yīng)當(dāng)保持在非移動的介質(zhì)上,如果指定了一個可移動硬盤,則硬盤不在時會發(fā)生找不到庫的錯誤。建議用戶使用缺省設(shè)置。

3.3 刪除庫指令

第一步:選擇添加/刪除指令庫命令

圖7. 選擇命令

第二步:選中須卸載的庫所對應(yīng)的庫文件,按Remove(刪除)按鈕

圖8. 選中要刪除的庫指令文件

4RS-485網(wǎng)絡(luò)

 

S7-200系統(tǒng)支持的PPI、MPI和PROFIBUS-DP協(xié)議通常以RS-485電氣網(wǎng)絡(luò)為硬件基礎(chǔ)。
RS-485串行通信標(biāo)準(zhǔn)采用平衡信號傳輸方式,或者稱為差動模式。平衡傳輸方式可以有效地抑制傳輸過程中干擾。
平衡方式采用一對導(dǎo)線,利用兩根導(dǎo)線間的電壓差傳輸傳輸信號。這兩根導(dǎo)線被命名為A(TxD/RxD-)和B(TxD/RxD+)。當(dāng)B的電壓比A高時,認(rèn)為傳輸?shù)氖沁壿?高"電平;當(dāng)B的電壓比A低時,認(rèn)為傳輸?shù)氖沁壿?低"電平信號。能夠有效工作的差動電壓范圍十分寬廣,可以從零點(diǎn)幾伏到接近十伏。
RS-485通信端口可以做到很高的通信速率,較長的通信距離,以及并聯(lián)連接多個端口。

平衡通信方式能否有效工作受到共模電壓差的影響。RS-485接口的兩根導(dǎo)線相對于通信對象信號地的電壓差就是共模電壓。非電氣隔離的RS-485接口能在一定的范圍內(nèi)抵抗共模電壓對通信的干擾。

 

S7-200 CPU通信口的共模抑制電壓是12V。所以對于這類非隔離型的RS-485端口,保證通信口之間的信號地等電位非常重要,最好將它們連接在一起(并不是說一定要接地)。

 

S7-200系統(tǒng)中的RS-485端口是半雙工的,不能同時發(fā)送和接收信號。
在S7-200系統(tǒng)中,選擇合適的通信設(shè)備,可以做到波特率從1200到12M,單段距離1000m,單段站點(diǎn)32個的通信網(wǎng)絡(luò)。通過中繼器,RS-485電氣網(wǎng)絡(luò)還可以擴(kuò)展通信距離,增加通信站點(diǎn)。詳情請參考《S7-200系統(tǒng)手冊》關(guān)于通信的專門一章。
雖然常見的RS-485通信器件在電氣性能上基本一致,但物理接口卻五花八門,沒有統(tǒng)一的規(guī)定。

 西門子系統(tǒng)中的 D-Sub 9 針型 RS-485 端口,引腳定義是基本一致的。

4.1 S7-200系統(tǒng)中的RS-485通信

在S7-200系統(tǒng)中,CPU上的通信口(編程口),以及EM277模塊上的通信端口都是符合RS-485電氣標(biāo)準(zhǔn)的。但它們也有所不同:

  • S7-200 CPU上的通信口是非隔離型的,最高通信速率187.5K波特
  • EM277上的通信口是隔離的,最高通信速率12M,并且速率自適應(yīng)
 

以下三種協(xié)議,都可以在RS-485的硬件基礎(chǔ)上實現(xiàn)通信:

  • PPI(包括編程通信、S7-200 CPU之間、S7-200 CPU與HMI之間的通信等)
  • MPI(S7-200 CPU與S7-300/400 CPU、S7-200 CPU與HMI之間、EM277與HMI之間的通信等)
  • PROFIBUS-DP(EM277與其他PROFIBUS-DP主站之間的通信)
 

實際上,如果各通信站點(diǎn)的地址不同,通信波特率相同,上述三個協(xié)議可以在一個RS-485網(wǎng)絡(luò)上同時實現(xiàn)各自的通信。當(dāng)然,一個站點(diǎn)支持什么協(xié)議受到自身條件所限。

 

因此考察上述電氣網(wǎng)絡(luò)的通信時,我們應(yīng)注意到它們都受RS-485網(wǎng)絡(luò)電氣基礎(chǔ)的制約。上述網(wǎng)絡(luò)所用的網(wǎng)絡(luò)硬件基本一樣。

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