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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 實驗環(huán)境

下面以兩臺S7-1200之間進行 Modbus TCP 通信為例，詳細闡述客戶端與服務(wù)器側(cè)如何編程及通信的過程。表格列出了具體的實驗環(huán)境：

操作系統(tǒng)	WIN7 SP1 專業(yè)版 64位
編程軟件	STEP 7 Professional V13 SP1 Update 5
系統(tǒng)硬件	1.CPU1215C   6ES7 215-1AG40-0XB0   V4.1 2.CPU1212C   6ES7 212-1AE40-0XB0   V4.1 3.CSM 1277    6GK7 277-1aa10-0aa0

表1. Modbus TCP 通信的實驗環(huán)境

	CPU類型	IP地址	端口號	硬件標識符
客戶端	CPU 1212C	192.168.0.6	0	64
服務(wù)器	CPU 1215C	192.168.0.4	502	64

表2. Modbus TCP 通信雙方的基本配置

硬件標識符是在“設(shè)備組態(tài)”中，雙擊 PROFINET 接口，然后在“屬性”中的“硬件標識符”中查看。

圖2. S7-1200設(shè)備的PROFINET接口硬件標識符

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)用時會自動生成背景DB ，點擊確定即可。

圖3. Modbus TCP 客戶端側(cè)指令塊

該功能塊各個引腳定義如下：

REQ	與服務(wù)器之間的通信請求，上升沿有效。
DISCONNECT	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）：建立連接；1：斷開連接。
MB_MODE	選擇 Modbus 請求模式（讀取、寫入或診斷）。0：讀；1：寫。
MB_DATA_ADDR	由“MB_CLIENT”指令所訪問數(shù)據(jù)的起始地址。
MB_DATA_LEN	數(shù)據(jù)長度： 數(shù)據(jù)訪問的位或字的個數(shù)。
MB_DATA_PTR	指向 Modbus 數(shù)據(jù)寄存器的指針。
CONNECT	指向連接描述結(jié)構(gòu)的指針。TCON_IP_v4（S7-1200）
DONE	最后一個作業(yè)成功完成，立即將輸出參數(shù) DONE 置位為“1”。
BUSY	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。
ERROR	錯誤位：0：無錯誤；1：出現(xiàn)錯誤，錯誤原因查看STATUS。
STATUS	指令的詳細狀態(tài)信息。

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)建一個新的全局數(shù)據(jù)塊 DB2：

圖4. 創(chuàng)建全局數(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 拷貝到該對話框中），然后點擊“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

各個引腳定義說明如下：

InterfaceId	硬件標識符。
ID	連接ID，取值范圍1~4095
Connection Type	連接類型。TCP連接默認為：16#0B
ActiveEstablished	建立連接。主動為1（客戶端），被動為0（服務(wù)器）。
ADDR	服務(wù)器側(cè)的IP地址
RemotePort	遠程端口號
LocalPort	本地端口號

表4. TCON_IP_v4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的引腳定義

本文遠程服務(wù)器的IP地址為192.168.0.4，遠程端口號設(shè)為502。所以客戶端側(cè)該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的各項值為：

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)建一個全局數(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DB塊名稱

第二步，建議一個數(shù)組的數(shù)據(jù)類型，以便通信中存放數(shù)據(jù)，請參考圖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存儲區(qū)地址中。DB塊可以為優(yōu)化的數(shù)據(jù)塊，也可以為標準的數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)。若為優(yōu)化的數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)，編程時需要以符號尋址的方式填寫該引腳；若為標準的數(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），需要以絕對地址的方式填寫該引腳。本文以標準的數(shù)據(jù)塊（默認）為例進行編程。

圖9. 修改 DB 塊屬性為標準的塊結(jié)構(gòu)

4. 客戶端側(cè)完成指令塊編程

調(diào)用 MB_CLIENT 指令塊，實現(xiàn)從 Modbus TCP 通信服務(wù)器中讀取2個保持寄存器的值，如圖10所示：

圖10. MB_CLIENT 指令塊編程

5. 將整個項目下載到S7-1200

待Modbus TCP 服務(wù)器側(cè)準備就緒，給MB_CLIENT指令塊的REQ引腳一個上升沿，將讀取到的數(shù)據(jù)放入 MB_DATA_PTR引腳指定的DB 塊中。具體的實驗結(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，會有報錯 "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)送請求，Modbus TCP 服務(wù)器通過識別 "MB_UNIT_ID" 參數(shù)，將請求轉(zhuǎn)發(fā)到從站設(shè)備。

在 S7-1200 項目中，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 (默認起始值16#FF，等于十進制 255)。如下圖 11 所示：

圖 11. MB_Unit_ID

例如，當 S7-1200 做客戶端與電腦上的 Modbus TCP 調(diào)試軟件 Modsim 通信時，會遇到如上“無法建立連接”的問題。

這時，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 實驗環(huán)境

下面以兩臺S7-1200之間進行Modbus TCP 通信為例，詳細闡述客戶端與服務(wù)器側(cè)如何編程及通信的過程。表格列出了具體的實驗環(huán)境：

操作系統(tǒng)	WIN7 SP1 專業(yè)版 64位
編程軟件	STEP 7 Professional V13 SP1 Update 5
系統(tǒng)硬件	1.CPU1215C   6ES7 215-1AG40-0XB0   V4.1 2.CPU1212C   6ES7 212-1AE40-0XB0   V4.1 3.CSM 1277    6GK7 277-1aa10-0aa0

表1. Modbus TCP 通信的實驗環(huán)境

	CPU類型	IP地址	端口號	硬件標識符
客戶端	CPU 1212C	192.168.0.6	0	64
服務(wù)器	CPU 1215C	192.168.0.4	502	64

表2. Modbus TCP 通信雙方的基本配置

硬件標識符是在“設(shè)備組態(tài)”中，雙擊 PROFINET 接口，然后在“屬性”中的“硬件標識符”中查看。

圖2. S7-1200設(shè)備的PROFINET接口硬件標識符

S7-1200 Modbus TCP 服務(wù)器編程

“MB_SERVER”指令將處理 Modbus TCP 客戶端的連接請求、接收并處理 Modbus 請求并發(fā)送響應(yīng)。

1. 在“ 程序塊-> OB 1"中調(diào)用“MB_SERVER”指令塊，然后會生成相應(yīng)的背景DB塊，點擊確定，如圖3所示。

圖3. 調(diào)用MB_SERVER指令塊

該功能塊的各個引腳定義如下：

DISCONNET	為0代表被動建立與客戶端的通信連接；為1代表終止連接。
MB_HOLD_REG	指向 Modbus 保持寄存器的指針。
CONNECT	指向連接描述結(jié)構(gòu)的指針。TCON_IP_v4（S7-1200）
NDR	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)。
DR	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)
ERROR	錯誤位：0：無錯誤；1：出現(xiàn)錯誤，錯誤原因查看STATUS。
STATUS	指令的詳細狀態(tài)信息。

表3. MB_SERVER 各個引腳定義說明

2. CONNECT 引腳的指針類型

第一步，先創(chuàng)建一個新的全局數(shù)據(jù)塊 DB2，如圖4所示：

圖4. 創(chuàng)建全局數(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 拷貝到該對話框中），然后點擊“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

各個引腳定義說明如下：

InterfaceId	硬件標識符。（設(shè)備組態(tài)中查詢）
ID	連接ID，取值范圍1~4095
Connection Type	連接類型。TCP連接默認為：16#0B
ActiveEstablished	建立連接。主動為1（客戶端），被動為0（服務(wù)器）。
ADDR	服務(wù)器側(cè)的IP地址
RemotePort	遠程端口號
LocalPort	本地端口號

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，端口號為0，所以 MB_SERVER 服務(wù)器側(cè)該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的各項值如圖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，實現(xiàn)被客戶端讀取2個保持寄存器的值，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 存儲區(qū)地址。DB 塊可以為優(yōu)化的數(shù)據(jù)塊，也可以為標準的數(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 引腳一個上升沿，監(jiān)控數(shù)據(jù)讀取成功。如圖9所示。

圖9. 客戶端側(cè)監(jiān)控表