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文獻(xiàn)涉及產(chǎn)品1. 概述在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，很多儀表和設(shè)備僅支持Modbus RTU的通訊協(xié)議，第三方儀表可以做Modbus主站或從站，西門子的通訊模塊CP341 / CP441-2 通過Dongle（硬件狗）可以擴(kuò)展該協(xié)議，S7-200 集成的口可以支持自由口通訊，通過指令庫也可以方便的實(shí)現(xiàn)Modbus RTU通訊。本文以S7-200作為Modbus 主站，CP341作為Modbus 從站，實(shí)現(xiàn)Modbus RTU通訊，闡述兩者在通訊方面的設(shè)置和注意事項(xiàng)。2. 軟件環(huán)境2.1 STEP7 V5.4 SP4用于編寫 S7-300/400程序，此軟件需要從西門子購買，本文檔中的300的程序是使用Step7 V5.4 SP4的軟件編寫。2.2 CP PTP Param V5.1 SP11串行通訊模板的驅(qū)動(dòng)程序，安裝此驅(qū)動(dòng)后才能對(duì)PtP模板進(jìn)行參數(shù)配置，并在Step7中集成通訊編程需要使用的功能塊。此驅(qū)動(dòng)隨購買模板一起提供，也可以從以下的鏈接下載：270135242.3 CP PTP Modbus Slave V3.1 SP7CP341或CP441-2用于Modbus從站時(shí)，需要安裝此驅(qū)動(dòng)協(xié)議，但安裝之前必須先安裝PtP Driver，此驅(qū)動(dòng)可以在購買Modbus Dongle時(shí)選擇購買，也可以從以下的鏈接下載：277742762.4 STEP7 Micro/WIN V4.0 SP6用于S7-200編程的軟件，本文檔中的200的程序是使用Step7 Micro/win 的軟件編寫。此軟件可以從西門子下載中心免費(fèi)下載，也可以從以下的鏈接下載。http://www.ad.siemens.com.cn/download 網(wǎng)站 自動(dòng)化系統(tǒng)>>S7-200>>軟件，文檔編號(hào)S0002。2.5 Toolbox_V32-STEP 7-Micro WIN 32 Instruction LibraryS7-200實(shí)現(xiàn)Modbus RTU功能，可以使用Modbus的指令庫，要使用西門子的標(biāo)準(zhǔn)指令庫，必須先安裝指令庫的軟件包 Instruction Library，安裝后，可以在Step 7-Micro/WIN軟件的庫中找到Modbus相關(guān)的指令，該軟件包可以從以下的鏈接下載。http://www.ad.siemens.com.cn/download 網(wǎng)站 自動(dòng)化系統(tǒng)>>S7-200>>軟件，文檔編號(hào)S0010。3. 硬件列表和接線3.1 硬件列表S7-300從站CPU315-2DP6ES7 315-2AG10-0AB0CP341 RS422/4856ES7 341-1CH01-0AE0Dongle6ES7 870-1AB01-0YA0PC 適配器（USB）6ES7 972-0CB20-0XA0S7-200主站CPU 224XP6ES7 214-2BD23-0XB0表1 硬件設(shè)備3.2 硬件接線3.2.1 接口定義S7-200的通訊口為RS485物理口（9針口），CP341是RS422/485的接口類型（15針口），兩種設(shè)備的接口引腳的示意圖如下所示，更詳細(xì)的信息可以參考CP341及S7-200通信接口的手冊(cè)。圖1 S7-200 CPU通信口引腳定義圖2 S7-300 CP341 RS422/485 通訊口引腳定義3.2.2 接線示意圖圖3 硬件結(jié)構(gòu)和接線示意圖4. 組態(tài)設(shè)置和編程4.1 S7-200做Modbus主站的設(shè)置S7-200 CPU上的通信口在電氣上是標(biāo)準(zhǔn)的RS-485半雙工串行通信口，此串行字符通信的格式：1個(gè)起始位；7/8位數(shù)據(jù)位；1位奇/偶/無校驗(yàn)；1停止位。通信波特率可以設(shè)置為1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或112500，符合這些格式的串行通訊設(shè)備可以和S7-200進(jìn)行自由口通訊，Modbus RTU指令庫就是使用自由口編程實(shí)現(xiàn)的。4.1.1 Modbus RTU主站庫使用Modbus 主站指令庫時(shí)需要注意的幾點(diǎn)：需要S7-200的編程軟件是 Micro/WIN V4.0 SP5及以上版本；Modbus RTU 主站庫對(duì)CPU的版本有要求，CPU 的版本必須為 2.00 或者 2.01（即訂貨號(hào)為 6ES721*－***23-0BA*）；Modbus主站可讀/寫的最大數(shù)據(jù)量為120個(gè)字（指每一個(gè) MBUS_MSG 指令）；Modbus 主站庫支持Port0和Port1（從站庫只支持Port0口），本例中用Port0；使用Modbus 庫時(shí)必須對(duì)庫存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行分配，見下圖設(shè)置，而且分配的空間不能和程序中其它空間沖突，否則編譯調(diào)用會(huì)報(bào)錯(cuò)。圖4 庫存儲(chǔ)區(qū)設(shè)置Modbus主站庫支持的功能碼和地址對(duì)應(yīng)關(guān)系：Modbus 地址讀 / 寫Modbus 從站須支持的功能00001~09999讀功能1：讀輸出點(diǎn)數(shù)字量輸出寫功能5：寫單個(gè)輸出點(diǎn)功能15：寫多個(gè)輸出點(diǎn)10001~19999讀功能2：讀輸入點(diǎn)數(shù)字量輸入30001~39999讀功能4：讀輸入寄存器輸入寄存器40001~49999讀功能3：讀保持寄存器保持寄存器寫功能6：寫單個(gè)寄存器功能16：寫多個(gè)寄存器表2需要從站支持的功能4.1.2 S7-200 Modbus主站編程編程時(shí)，使用SM0.0調(diào)用MBUS_CTRL完成主站的參數(shù)初始化，詳細(xì)見下表，參數(shù)的說明也可以從子程序的局部變量表中找到。圖5 Modbus RTU 主站初始化圖中各參數(shù)含義如下編號(hào)符號(hào)/含義說                   明aEN / 使能必須保證每一掃描周期都被使能（使用SM0.0）。bMode / 模式為1時(shí)使能為Modbus協(xié)議；為0時(shí)恢復(fù)為PPI協(xié)議。cBaud / 波特率支持的通訊波特率為1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200。dParity / 校驗(yàn)校驗(yàn)方式選擇：0＝無校驗(yàn)；1＝奇校驗(yàn)，2＝偶校驗(yàn)。eTimeout / 超時(shí)主站等待從站響應(yīng)的時(shí)間，以毫秒為單位，典型的設(shè)置值為 1000毫秒，允許設(shè)置的范圍為1-32767。這個(gè)值必須設(shè)置足夠大以保證從站有時(shí)間響應(yīng)。fDone / 完成位初始化完成，此位會(huì)自動(dòng)置1。gError / 錯(cuò)誤位初始化錯(cuò)誤代碼。表3調(diào)用 Modbus RTU 主站讀寫子程序MBUS_MSG，發(fā)送一個(gè)Modbus 請(qǐng)求。圖6 調(diào)用Modbus RTU 主站讀寫子程序圖中各參數(shù)含義如下編號(hào)符號(hào)/含義說                   明aEN / 使能同一時(shí)刻只能有一個(gè)讀寫功能使能。bFirst / 讀寫請(qǐng)求位 每一個(gè)新的讀寫請(qǐng)求必須使用脈沖觸發(fā)。cSlave / 從站地址可選擇的范圍1–247。dRW / 讀寫操作位0＝讀， 1＝寫。eAddr / 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。fCount / 數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)通訊的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)（位或字的個(gè)數(shù)）。gDaptPtr / 數(shù)據(jù)指針如果是讀指令，讀回的數(shù)據(jù)放到這個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)中；如果是寫指令，要寫出的數(shù)據(jù)放到這個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)中。hDone / 完成位讀寫功能完成位。iError / 錯(cuò)誤代碼只有在Done位為1時(shí)，錯(cuò)誤代碼才有效。表4從上圖中可見，S7-200作為Modbus RTU主站，波特率9.6Kb/s，偶校驗(yàn)，連接從站的站地址是3，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)為VB2000開始的區(qū)域。4.2 CP341 做Modbus 從站的硬件組態(tài)4.2.1 硬件組態(tài)圖7 S7-300側(cè)硬件組態(tài)4.2.2 設(shè)置Modbus參數(shù)圖8 消息楨字符結(jié)構(gòu)按照上述操作設(shè)置參數(shù)，從上圖可以看出，本例中的傳輸波特率9.6Kb/s，1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，偶校驗(yàn)位，1位停止位，從站站地址是3，主從通訊設(shè)備的字符幀格式和波特率等參數(shù)設(shè)置需要一致。圖9 RS422/485 接口組態(tài)RS422/485接口只能一個(gè)有效，接口的選擇只需要組態(tài)而不需要在硬件上短接。4.2.3 Modbus驅(qū)動(dòng)的下載當(dāng)配置好Modbus通信的參數(shù)后，保存前需要向CP341下載Modbus Slave的驅(qū)動(dòng)，一旦下載完成后無需再次下載。需要注意的是，在下載驅(qū)動(dòng)時(shí)（可以在無Dongle情況下下載），需要將CPU停機(jī)，然后下載，操作過程如下所示。圖10 下載Dongle時(shí)，需要CPU停機(jī)圖11 從站驅(qū)動(dòng)下載后結(jié)果4.2.4 CP341做Modbus從站的編程從Step7 軟件下的EXAMPLE目錄中，找到項(xiàng)目名“zXX21_05_PtP_Com_MODSL”的項(xiàng)目，打開，然后將Modbus通訊模塊FB80傳遞到用戶項(xiàng)目中，打開路徑如下所示。圖12 Modbus Slave 例程打開路徑OB1中調(diào)用FB80編程如下：圖13 FB80程序塊調(diào)用CP卡初始化正常后，CP_START，CP_START_FM和CP_START_OK為1信號(hào)，否則CP_START_ERROR為1，同時(shí)可以從ERROR_NR察看錯(cuò)誤信息，也可以在硬件組態(tài)中在線后的CP341的診斷緩沖區(qū)察看詳細(xì)的錯(cuò)誤信息，錯(cuò)誤信息對(duì)照和處理方式可以參考《S7-300以用于PtP CP Modbus 協(xié)議RTU格式S7的可裝載驅(qū)動(dòng)程序?yàn)閺恼尽返氖謨?cè)。FB80的各參數(shù)含義如下LADDR硬件組態(tài)中CP341的起始邏輯地址，本例中為256START_TIMER初始化超時(shí)定時(shí)器，本例中為T120START_TIME初始化定時(shí)器時(shí)間，本例中為5SOB_MASKI/O訪問錯(cuò)誤屏蔽位，本例中為True（I/O訪問錯(cuò)誤已屏蔽）CP_STARTFB初始化使能位，本例中為M0.0CP_START_FMCP_START 初始化的上升沿位，本例中為M0.1CP_NDR從CP卡寫操作位，本例中為m0.2CP_START_OK初始化完成且無錯(cuò)誤，本例中為M0.3CP_START_ERROR初始化完成，但有錯(cuò)誤，本例中為M0.4ERROR_NR錯(cuò)誤號(hào)，本例中為MW2ERROR_INFO錯(cuò)誤信息，本例中為MW4表55. 通訊測(cè)試Modbus RTU格式通信協(xié)議是以主從的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，在傳輸?shù)倪^程中主站是主動(dòng)方，即主站發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求報(bào)文到從站，從站返回響應(yīng)報(bào)文。Modbus 系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換是通過功能碼來控制的，以下對(duì)現(xiàn)場(chǎng)常用的功能碼進(jìn)行分類測(cè)試，關(guān)于功能碼的詳細(xì)信息請(qǐng)參考手冊(cè)。5.1 FC01/05/15功能碼CP341從站的通訊區(qū)域配置圖14 FC01/05/15 參數(shù)組態(tài)界面FC01、FC05、FC15對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)為位輸出，數(shù)據(jù)的傳遞以位為單位，可以讀寫操作，用戶地址區(qū)為0xxxx，Modbus地址在信息傳遞中從0開始。如上圖，左邊為信息傳遞地址（地址區(qū)不能沖突），右邊對(duì)應(yīng)的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū)。例如左邊信息傳遞地址從0 ~ 7對(duì)應(yīng)用戶地址區(qū)為00001 ~ 00008，對(duì)應(yīng)S7-300的M10.0 ~ M10.7，并且以此為例說明FC01功能碼的通訊。S7-200主站程序調(diào)用圖15 功能碼FC01使用S7-200主站，用功能碼FC01讀取從站8點(diǎn)數(shù)字量輸出，接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域，測(cè)試截圖結(jié)果如下。圖16 FC01功能碼數(shù)據(jù)交換5.2 FC02功能碼CP341從站的通訊區(qū)域配置圖17 FC02 參數(shù)組態(tài)界面FC02對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)為位輸出，數(shù)據(jù)的傳遞以位為單位，只讀操作，用戶地址區(qū)為1xxxx，Modbus地址在信息傳遞中從0開始，如上圖，左邊為信息傳遞地址（地址區(qū)不能沖突），右邊對(duì)應(yīng)的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū)。例如左邊信息傳遞地址從0 ~ 7對(duì)應(yīng)用戶地址區(qū)為10001 ~ 10008，對(duì)應(yīng)S7-300的M20.0 ~ M20.7，并且以此為例說明FC02功能碼的通訊。S7-200主站程序調(diào)用圖18 功能碼FC02使用S7-200主站，用功能碼FC02讀取從站8點(diǎn)數(shù)字量輸入，接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域，測(cè)試截圖結(jié)果如下。圖19 FC02功能碼數(shù)據(jù)交換5.3 FC03/06/16 功能碼CP341從站的通訊區(qū)域配置圖20 FC03/06/16參數(shù)組態(tài)界面FC03/06/16 對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)為寄存器，數(shù)據(jù)的傳遞以字為單位，可以讀寫操作，用戶地址區(qū)為4xxxx，Modbus地址在信息傳遞中從0開始。如上圖，左邊為信息傳遞地址，右邊對(duì)應(yīng)的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū)，左邊傳輸?shù)刂凡豢筛?，右邊只?duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)。例如用戶地址區(qū)為40001 ~ 40004，對(duì)應(yīng)S7-300數(shù)據(jù)區(qū)為DB1.DBW0 ~ DB1.DBW6，并且以此為例說明FC03功能碼的通訊。S7-200主站程序調(diào)用圖21功能碼FC03使用S7-200主站，用功能碼FC03讀取從站4個(gè)字寄存器，接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域，測(cè)試截圖結(jié)果如下。圖22 FC03功能碼數(shù)據(jù)交換5.4 FC04 功能碼CP341從站的通訊區(qū)域配置圖23 FC04參數(shù)組態(tài)界面FC04對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)為寄存器輸入，數(shù)據(jù)的傳遞也以字為單位，只讀操作，用戶地址區(qū)3xxxx，Modbus地址在信息傳送中從0開始。如上圖，左邊為信息傳遞地址，右邊對(duì)應(yīng)的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū)，左邊傳輸?shù)刂凡豢筛模疫呏粚?duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)。例如用戶地址區(qū)為30001 ~ 30004，對(duì)應(yīng)S7-300數(shù)據(jù)區(qū)為DB1.DBW0 ~ DB1.DBW6，并且以此為例說明FC04功能碼的通訊。S7-200主站程序調(diào)用圖24功能碼FC04使用S7-200主站，用功能碼FC04讀取從站4個(gè)字輸入寄存器，接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域，測(cè)試截圖結(jié)果如下。圖25 FC04功能碼數(shù)據(jù)交換5.5 Limits 欄圖26 Limits 參數(shù)組態(tài)界面對(duì)于寫功能碼FC05、06、15、16，可以禁用或限制訪問相關(guān)S7-300存儲(chǔ)區(qū)，即使用這些功能碼時(shí)，S7-300存儲(chǔ)區(qū)需要在設(shè)定的最小和最大的范圍之間，如果訪問的區(qū)域超出這個(gè)范圍，則訪問會(huì)被拒絕，同時(shí)輸出報(bào)錯(cuò)誤信息。6. 總結(jié)本文檔以S7-200為主站和CP341為從站簡(jiǎn)單介紹了Modbus RTU通訊，關(guān)于通訊的組態(tài)設(shè)置，編程以及常用功能碼的使用，其具體的使用可以作為西門子串行通訊模塊與第三方的儀表、設(shè)備等進(jìn)行串行通信的參考。7. 相關(guān)參考資料關(guān)于西門子串行通信應(yīng)用的文檔可以參考相關(guān)產(chǎn)品手冊(cè)，或登錄下載中心網(wǎng)站http://www.ad.siemens.com.cn/download/ ， 搜索下載如下文檔：A0006：串口通訊模塊的信息與使用A0081：CP340/341/440/441通訊及編程A0336：CP341 Modbus RTU多站點(diǎn)輪詢A0440：CP340/341基于ASCII驅(qū)動(dòng)協(xié)議的多站點(diǎn)輪詢A0384：S7-300 CP341作主S7-200作從的Modbus通信關(guān)鍵詞CP341，Modbus RTU，功能碼，S7-200