S7-1200 Modbus TCP 通信指令塊
STEP 7 V13 SP1 軟件版本中的 Modbus TCP 庫指令目前最新的版本已升至V4.0，該版本的使用需要具備以下兩個(gè)條件：
1. 軟件版本： STEP 7 V13 SP1及其以上
2. 固件版本： S7-1200 CPU 的固件版本V4.1
圖1. Modbus TCP V4.0 版本指令塊
S7-1200 Modbus TCP 實(shí)驗(yàn)環(huán)境
下面以兩臺(tái)S7-1200之間進(jìn)行 Modbus TCP 通信為例，詳細(xì)闡述客戶端與服務(wù)器側(cè)如何編程及通信的過程。表格列出了具體的實(shí)驗(yàn)環(huán)境：
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操作系統(tǒng)
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WIN7 SP1 專業(yè)版 64位
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編程軟件
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STEP 7 Professional V13 SP1 Update 5
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系統(tǒng)硬件
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1.CPU1215C 6ES7 215-1AG40-0XB0 V4.1
2.CPU1212C 6ES7 212-1AE40-0XB0 V4.1
3.CSM 1277 6GK7 277-1aa10-0aa0
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表1. Modbus TCP 通信的實(shí)驗(yàn)環(huán)境
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CPU類型
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IP地址
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端口號(hào)
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硬件標(biāo)識(shí)符
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客戶端
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CPU 1212C
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192.168.0.6
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0
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64
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服務(wù)器
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CPU 1215C
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192.168.0.4
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502
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64
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表2. Modbus TCP 通信雙方的基本配置
硬件標(biāo)識(shí)符是在“設(shè)備組態(tài)”中，雙擊 PROFINET 接口，然后在“屬性”中的“硬件標(biāo)識(shí)符”中查看。
圖2. S7-1200設(shè)備的PROFINET接口硬件標(biāo)識(shí)符
S7-1200 Modbus TCP 客戶端編程
S7-1200 客戶端側(cè)需要調(diào)用MB_CLIENT指令塊，該指令塊主要完成客戶機(jī)和服務(wù)器的TCP連接、發(fā)送命令消息、接收響應(yīng)以及控制服務(wù)器斷開的工作任務(wù)。
1. 將MB_CLIENT 指令塊在“ 程序塊 -> OB1 ”中的程序段里調(diào)用，調(diào)用時(shí)會(huì)自動(dòng)生成背景DB ，點(diǎn)擊確定即可。
圖3. Modbus TCP 客戶端側(cè)指令塊
該功能塊各個(gè)引腳定義如下：
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REQ
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與服務(wù)器之間的通信請(qǐng)求，上升沿有效。
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DISCONNECT
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通過該參數(shù)，可以控制與 Modbus TCP服務(wù)器建立和終止連接。 0（默認(rèn)）：建立連接；1：斷開連接。
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MB_MODE
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選擇 Modbus 請(qǐng)求模式（讀取、寫入或診斷）。0：讀；1：寫。
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MB_DATA_ADDR
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由“MB_CLIENT”指令所訪問數(shù)據(jù)的起始地址。
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MB_DATA_LEN
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數(shù)據(jù)長(zhǎng)度： 數(shù)據(jù)訪問的位或字的個(gè)數(shù)。
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MB_DATA_PTR
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指向 Modbus 數(shù)據(jù)寄存器的指針。
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CONNECT
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指向連接描述結(jié)構(gòu)的指針。TCON_IP_v4（S7-1200）
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DONE
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最后一個(gè)作業(yè)成功完成，立即將輸出參數(shù) DONE 置位為“1”。
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BUSY
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作業(yè)狀態(tài)位：0：無正在處理的“MB_CLIENT”作業(yè)；1：“MB_CLIENT”作業(yè)正在處理。
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ERROR
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錯(cuò)誤位：0：無錯(cuò)誤；1：出現(xiàn)錯(cuò)誤，錯(cuò)誤原因查看STATUS。
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STATUS
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指令的詳細(xì)狀態(tài)信息。
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表4. MB_CLIENT 各引腳定義說明
2. CONNECT 引腳的指針類型
第一步，先創(chuàng)建一個(gè)新的全局?jǐn)?shù)據(jù)塊 DB2：
圖4. 創(chuàng)建全局?jǐn)?shù)據(jù)塊
第二步，雙擊打開新生成的DB塊，定義變量名稱為“aa"，數(shù)據(jù)類型為“TCON_IP_v4”（可以將 TCON_IP_v4 拷貝到該對(duì)話框中），然后點(diǎn)擊“回車”按鍵。該數(shù)據(jù)類型結(jié)構(gòu)創(chuàng)建完畢。如圖5所示：
圖5. 創(chuàng)建 MB_CLIENT 中的TCP連接結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類型
各個(gè)引腳定義說明如下：
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InterfaceId
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硬件標(biāo)識(shí)符。
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ID
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連接ID，取值范圍1~4095
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Connection Type
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連接類型。TCP連接默認(rèn)為：16#0B
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ActiveEstablished
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建立連接。主動(dòng)為1（客戶端），被動(dòng)為0（服務(wù)器）。
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ADDR
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服務(wù)器側(cè)的IP地址
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RemotePort
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遠(yuǎn)程端口號(hào)
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LocalPort
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本地端口號(hào)
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表4. TCON_IP_v4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的引腳定義
本文遠(yuǎn)程服務(wù)器的IP地址為192.168.0.4，遠(yuǎn)程端口號(hào)設(shè)為502。所以客戶端側(cè)該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)值為：
圖6. MB_CLIENT 側(cè) CONNECT 引腳數(shù)據(jù)定義
注意： CONNECT引腳的填寫需要用符號(hào)尋址的方式。
3. 創(chuàng)建 MB_DATA_PTR 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)
第一步，創(chuàng)建一個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)塊 DB3，創(chuàng)建方法可以參考上面的圖3，數(shù)據(jù)塊的名稱如圖7所示：
圖7. 生成的兩個(gè)DB塊名稱
第二步，建議一個(gè)數(shù)組的數(shù)據(jù)類型，以便通信中存放數(shù)據(jù)，請(qǐng)參考圖8所示：
圖8. MB_DATA_PTR 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)
注意： MB_DATA_PTR指定的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)可以為DB塊或M存儲(chǔ)區(qū)地址中。DB塊可以為優(yōu)化的數(shù)據(jù)塊，也可以為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)。若為優(yōu)化的數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)，編程時(shí)需要以符號(hào)尋址的方式填寫該引腳；若為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)（可以右鍵單擊DB塊，“屬性”中將“優(yōu)化的塊訪問”前面的勾去掉，如下圖9所示），需要以絕對(duì)地址的方式填寫該引腳。本文以標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)塊（默認(rèn)）為例進(jìn)行編程。
圖9. 修改 DB 塊屬性為標(biāo)準(zhǔn)的塊結(jié)構(gòu)
4. 客戶端側(cè)完成指令塊編程
調(diào)用 MB_CLIENT 指令塊，實(shí)現(xiàn)從 Modbus TCP 通信服務(wù)器中讀取2個(gè)保持寄存器的值，如圖10所示：
圖10. MB_CLIENT 指令塊編程
5. 將整個(gè)項(xiàng)目下載到S7-1200
待Modbus TCP 服務(wù)器側(cè)準(zhǔn)備就緒，給MB_CLIENT指令塊的REQ引腳一個(gè)上升沿，將讀取到的數(shù)據(jù)放入 MB_DATA_PTR引腳指定的DB 塊中。具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以查看S7-1200 服務(wù)器側(cè)編程。
常見問題
MB_CLIENT 指令的背景數(shù)據(jù)塊中的 "MB_Unit_ID" 有什么功能？
S7-1200 CPU 作為 Modbus TCP 客戶端與 Modbus TCP 服務(wù)器通信，當(dāng)嘗試訪問比 Modbus TCP 服務(wù)器更低端的串行子網(wǎng)中的設(shè)備，會(huì)有報(bào)錯(cuò) "無法建立連接"。
這種情況下， Modbus TCP 服務(wù)器作為 Modbus RTU 協(xié)議中的網(wǎng)關(guān)，"MB_Unit_ID" 參數(shù)相當(dāng)于 Modbus RTU 協(xié)議中的從站地址。
Modbus TCP 客戶端直接向 Modbus TCP 服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，Modbus TCP 服務(wù)器通過識(shí)別 "MB_UNIT_ID" 參數(shù)，將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到從站設(shè)備。
在 S7-1200 項(xiàng)目中，選擇系統(tǒng)塊，雙擊打開 MB_CLIENT 指令的背景數(shù)據(jù)塊“MB_CLIENT_DB”, 在靜態(tài)變量Static下可以找到 MB_Unit_ID (默認(rèn)起始值16#FF，等于十進(jìn)制 255)。如下圖 11 所示：
圖 11. MB_Unit_ID
例如，當(dāng) S7-1200 做客戶端與電腦上的 Modbus TCP 調(diào)試軟件 Modsim 通信時(shí)，會(huì)遇到如上“無法建立連接”的問題。
這時(shí)，修改調(diào)試軟件 Modsim 中Device Id 為255，使之等于 MB_Unit_ID 的值，即可建立聯(lián)系。如下圖 12 所示：
圖 12. Device Id
注意：如果 Modbus TCP 服務(wù)器無法更改 Device Id 的值, 則修改S7-1200 項(xiàng)目中MB_Unit_ID數(shù)值， 使雙方的參數(shù)一致。
更多關(guān)于 MB_Unit_ID 功能的說明，請(qǐng)參考以下鏈接：
Modbus 塊 "MB_CLIENT" 的背景數(shù)據(jù)塊中的 "MB_UNIT_ID" 有什么功能？
S7-1200 Modbus TCP 通信指令塊
STEP 7 V13 SP1 軟件版本中的Modbus TCP庫指令目前最新的版本已升至V4.0，該版本的使用需要具備以下兩個(gè)條件：
1. 軟件版本： STEP 7 V13 SP1及其以上
2. 固件版本： S7-1200 CPU 的固件版本V4.1
圖1. Modbus TCP V4.0 版本指令塊
S7-1200 Modbus TCP 實(shí)驗(yàn)環(huán)境
下面以兩臺(tái)S7-1200之間進(jìn)行Modbus TCP 通信為例，詳細(xì)闡述客戶端與服務(wù)器側(cè)如何編程及通信的過程。表格列出了具體的實(shí)驗(yàn)環(huán)境：
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操作系統(tǒng)
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WIN7 SP1 專業(yè)版 64位
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編程軟件
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STEP 7 Professional V13 SP1 Update 5
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系統(tǒng)硬件
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1.CPU1215C 6ES7 215-1AG40-0XB0 V4.1
2.CPU1212C 6ES7 212-1AE40-0XB0 V4.1
3.CSM 1277 6GK7 277-1aa10-0aa0
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表1. Modbus TCP 通信的實(shí)驗(yàn)環(huán)境
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CPU類型
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IP地址
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端口號(hào)
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硬件標(biāo)識(shí)符
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客戶端
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CPU 1212C
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192.168.0.6
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0
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64
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服務(wù)器
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CPU 1215C
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192.168.0.4
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502
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表2. Modbus TCP 通信雙方的基本配置
硬件標(biāo)識(shí)符是在“設(shè)備組態(tài)”中，雙擊 PROFINET 接口，然后在“屬性”中的“硬件標(biāo)識(shí)符”中查看。
圖2. S7-1200設(shè)備的PROFINET接口硬件標(biāo)識(shí)符
S7-1200 Modbus TCP 服務(wù)器編程
“MB_SERVER”指令將處理 Modbus TCP 客戶端的連接請(qǐng)求、接收并處理 Modbus 請(qǐng)求并發(fā)送響應(yīng)。
1. 在“ 程序塊-> OB 1"中調(diào)用“MB_SERVER”指令塊，然后會(huì)生成相應(yīng)的背景DB塊，點(diǎn)擊確定，如圖3所示。
圖3. 調(diào)用MB_SERVER指令塊
該功能塊的各個(gè)引腳定義如下：
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DISCONNET
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為0代表被動(dòng)建立與客戶端的通信連接；為1代表終止連接。
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MB_HOLD_REG
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指向 Modbus 保持寄存器的指針。
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CONNECT
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指向連接描述結(jié)構(gòu)的指針。TCON_IP_v4（S7-1200）
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NDR
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為0代表無數(shù)據(jù)；為1代表從 Modbus 客戶端寫入新的數(shù)據(jù)。
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DR
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為0代表無讀取的數(shù)據(jù)；為1代表從 Modbus 客戶端讀取的數(shù)據(jù)
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ERROR
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錯(cuò)誤位：0：無錯(cuò)誤；1：出現(xiàn)錯(cuò)誤，錯(cuò)誤原因查看STATUS。
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STATUS
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指令的詳細(xì)狀態(tài)信息。
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表3. MB_SERVER 各個(gè)引腳定義說明
2. CONNECT 引腳的指針類型
第一步，先創(chuàng)建一個(gè)新的全局?jǐn)?shù)據(jù)塊 DB2，如圖4所示：
圖4. 創(chuàng)建全局?jǐn)?shù)據(jù)塊
第二步，雙擊打開新生成的 DB2 數(shù)據(jù)塊，定義變量名稱為“ss"，數(shù)據(jù)類型為“TCON_IP_v4”（可以將 TCON_IP_v4 拷貝到該對(duì)話框中），然后點(diǎn)擊“回車”按鍵。該數(shù)據(jù)類型結(jié)構(gòu)創(chuàng)建完畢。如圖5所示：
圖5. 創(chuàng)建 MB_SERVER 中的 TCP 連接結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類型
各個(gè)引腳定義說明如下：
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InterfaceId
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硬件標(biāo)識(shí)符。（設(shè)備組態(tài)中查詢）
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ID
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連接ID，取值范圍1~4095
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Connection Type
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連接類型。TCP連接默認(rèn)為：16#0B
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ActiveEstablished
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建立連接。主動(dòng)為1（客戶端），被動(dòng)為0（服務(wù)器）。
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ADDR
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服務(wù)器側(cè)的IP地址
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RemotePort
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遠(yuǎn)程端口號(hào)
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LocalPort
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本地端口號(hào)
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表4. TCON_IP_v4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的引腳定義
客戶端側(cè)的IP地址為192.168.0.6，端口號(hào)為0，所以 MB_SERVER 服務(wù)器側(cè)該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)值如圖6所示。
圖6. MB_SERVER 服務(wù)器側(cè)的 CONNECT 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義
3. S7-1200 服務(wù)器側(cè) MB_SERVER 編程
調(diào)用MB_SERVER指令塊，實(shí)現(xiàn)被客戶端讀取2個(gè)保持寄存器的值，如圖7所示。
圖7. MB_SERVER 服務(wù)器側(cè)編程
注意：MB_HOLD_REG 指定的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)可以設(shè)為 DB 塊或 M 存儲(chǔ)區(qū)地址。DB 塊可以為優(yōu)化的數(shù)據(jù)塊，也可以為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)。
S7-1200 MODBUS TCP 通信調(diào)試
S7-1200 MODBUS TCP 服務(wù)器側(cè)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，用于客戶端讀訪問，如圖8所示。
圖8. 服務(wù)器側(cè)監(jiān)控表
S7-1200 MODBUS TCP 客戶端側(cè)，給 MB_CLIENT 指令塊中 REQ 引腳一個(gè)上升沿，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)讀取成功。如圖9所示。
圖9. 客戶端側(cè)監(jiān)控表
