主要內(nèi)容：

• S7-200 PLC Modbus通訊概述

• S7-200 PLC Modbus通訊指令,STEP7

• S7-200 PLC Modbus通訊常問問題

（1）Modbus通訊

S7-200的Modbus通訊：

• S7-200只支持Modbus RTU協(xié)議，不支持Modbus ASCII協(xié)議；

• Modbus是一種單主站的主/從通信模式。一條Modbus網(wǎng)絡(luò)上同時(shí)只能有一臺主站，從站可以有若干個(gè)（如下圖所示）。從站的地址范圍為1-247；

 

• 一個(gè)Modbus通訊的傳輸字符應(yīng)包括一個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)或0個(gè)校驗(yàn)位（奇偶校驗(yàn)或無校驗(yàn)可選擇），以及一個(gè)停止位

• 在S7-200 CPU通信口上實(shí)現(xiàn)的是RS485半雙工通信，使用的是S7-200的自由口功能。

 

上圖是一個(gè)典型的主站和從站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對于Modbus主站而言可以對從站進(jìn)行讀或者寫的操作，其中它所支持的功能碼（FC，F(xiàn)unction Code）包括主站左側(cè)表格中所述功能，例如功能碼為'01'時(shí)表示讀取單個(gè)/多個(gè)線圈（DO）狀態(tài)或功能碼為'04'時(shí)表示讀取單個(gè)/多個(gè)輸入寄存器（AI）狀態(tài)。而對于從站，我們只需要把Modbus的標(biāo)準(zhǔn)地址和從站的地址對應(yīng)關(guān)系建立好就可以了，S7-200的從站與Modbus標(biāo)準(zhǔn)的對應(yīng)關(guān)系如從站右側(cè)表格所示。表中左側(cè)是Modbus標(biāo)準(zhǔn)地址碼，其中1-128對應(yīng)于S7-200的Q0.0-Q15.7，10001-10128對應(yīng)于S7-200的I0.0-I15.7，30001-30032對應(yīng)于AIW0-AIW62，40001-4xxx對應(yīng)的是S7-200的保持寄存器（V區(qū)），它的范圍是T-T+2*(xxxx-1)，T表示的是V區(qū)的起始地址，這一點(diǎn)由Modbus從站的指令所決定的。

 

Modbus的主站指令叫做MBUS_MSG，通過這條指令可以將Modbus的標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文發(fā)給從站，例如在上圖例子當(dāng)中從站的第一個(gè)字節(jié)是03，表示的是從站的地址，F(xiàn)C功能碼為03，表示的是讀取單個(gè)/多個(gè)保存寄存器，Modbus標(biāo)準(zhǔn)地址是40001，長度是10。隨著功能碼的不同，報(bào)文的格式會發(fā)生相應(yīng)的變化，具體的報(bào)文格式需要去參閱Modbus的通訊手冊。

 

從站的指令時(shí)MBUS _SLAVE，在接到主站發(fā)給它的報(bào)文后會根據(jù)報(bào)文的需求返回報(bào)文，比如在上圖例子中返回的格式是第一個(gè)字節(jié)為從站的地址，第二個(gè)為功能碼，第三個(gè)是數(shù)據(jù)返回給主站，這樣就完成了一次Modbus通訊的請求與應(yīng)答的過程。

（2）STEP7中Modbus庫文件的安裝和調(diào)用

如果想要應(yīng)用Modbus指令庫，那么首先需要到因特網(wǎng)上或者向西門子的客服人員申請名稱為'Toolbox_V32-STEP 7-Micro WIN' 的指令庫，將它解壓并且安裝到Micro WIN當(dāng)中就可以使用了，安裝后會在Micro WIN的庫文件當(dāng)中出現(xiàn)上圖標(biāo)記的三個(gè)庫，其中Port0和Port1都可以做Modbus Master，而Slave只有Port0口可以做。

（3）Modbus庫文件的使用

 

使用方法很簡單，打開Modbus主站指令庫會有相應(yīng)的指令塊出現(xiàn)，直接把指令塊拖拽到程序當(dāng)中進(jìn)行調(diào)用就可以了。

 

在調(diào)用Modbus庫指令的時(shí)候，需要注意一定記得為Modbus庫文件分配庫存儲區(qū)。具體的方法是右鍵單擊庫，然后選擇庫存儲區(qū)，在彈出來的對話框當(dāng)中可以選擇建議地址，自動(dòng)分配一個(gè)程序里面不會用到的地址區(qū)間，也可以人為地手動(dòng)填寫起始地址，這個(gè)區(qū)間在程序當(dāng)中不可以和其他的數(shù)據(jù)區(qū)相沖突，否則Modbus功能將不正常。所謂的庫存儲區(qū)其實(shí)就是Modbus指令庫能夠正常工作所必須的一部分背景數(shù)據(jù)，只要給它分配好區(qū)間并保證不與程序當(dāng)中其他的地址相沖突就可以了。

（4）Modbus從站指令,MBUS_INIT初始化和MBUS_SLAVE從站指令

 

從站指令一共有兩條，第一條是從站的初始化指令（MBUS_INIT），另一條是MBUS_SLAVE從站指令，在Modbus從站的初始化指令當(dāng)中涉及哪些內(nèi)容呢？首先，第一個(gè)引腳Mode表示等于1的時(shí)候是啟動(dòng)Modbus，等于0的時(shí)候是關(guān)閉Modbus，Addr表示的是這個(gè)從站的從站地址，Baud表示波特率，Parity是奇偶校驗(yàn)，0是無校驗(yàn)，1是奇校驗(yàn)，2是偶校驗(yàn)，Delay是附加字符之間的延遲，MaxIQ表示的是最大I/Q地址（默認(rèn)128），MaxAI表示的是最大AI長度（默認(rèn)32），MaxHold表示的是最大的V存儲區(qū)（VW），最關(guān)鍵的是HoldStart，表示的是V區(qū)起始地址（對應(yīng)40001），在之前已經(jīng)提到過S7-200作為從站的時(shí)候，它的V區(qū)地址對應(yīng)于Modbus標(biāo)準(zhǔn)地址的起始地址是可更改的，那么就在這里進(jìn)行設(shè)定，在本例中如果HoldStart寫的是VB0，那么40001對應(yīng)的地址就是VW0，40002對應(yīng)的地址是VW2，40003對應(yīng)的地址是VW4，以此類推，每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Modbus地址碼對應(yīng)的是一個(gè)Word，以字為單位，同樣如果這里設(shè)的是VB100，那么40001對應(yīng)的就是VW100，40002對應(yīng)的是VW102，以此類推。這一條初始化指令只需要調(diào)用一次就可以了，所以在上圖中用的是SM0.1在上電的時(shí)候執(zhí)行一次就可以了。

MBUS_SLAVE這個(gè)功能塊必須要用前面的條件必須是一直為1的，上圖中用SM0.0。

（5）Modbus主站指令,MBUS_CTRL

 

Modbus主站指令當(dāng)中的第一個(gè)塊叫做MBUS_CTRL，MBUS_CTRL有哪些內(nèi)容呢？我們來看一下引腳定義的說明：首先Mode寫1的時(shí)候是選擇Modbus，寫0的時(shí)候是選擇PPI；Baud表示波特率；Parity是奇偶校驗(yàn)，0是無校驗(yàn)，1是奇校驗(yàn)，2是偶校驗(yàn)，這與從站的設(shè)置相類似；Timeout表示的是主站等待從站響應(yīng)的時(shí)間（ms）；Done位是初始化完成；Error位表示的是故障代碼。其中值得一提的是Timeout這個(gè)時(shí)間，主站等待從站響應(yīng)的時(shí)間指的是什么呢？讓我們來看一下主站和從站之間通訊的過程：

 

首先，主站會發(fā)一幀讀寫請求給從站，在主站的讀寫請求發(fā)出后，從站應(yīng)當(dāng)在Timeout指定的時(shí)間內(nèi)返回應(yīng)答；如果在此時(shí)間內(nèi)從站沒有應(yīng)答，則主站發(fā)第2次讀寫請求，第2次還不行發(fā)第3次讀寫請求，如果連續(xù)3次在此時(shí)間內(nèi)從站沒有應(yīng)答，則主站認(rèn)定從站無相應(yīng)，放棄該從站并報(bào)錯(cuò)。

 

下面來看主站的讀寫命令（MBUS_MSG），看一下引腳說明：首先First指的是讀寫請求觸發(fā)（沿觸發(fā)），每當(dāng)First這一端來了一個(gè)沿，Modbus指令便會做出一次讀或者寫請求，RW標(biāo)示的是這一次的命令是讀還是寫，0表示讀，1表示寫；Addr表示的是從站數(shù)據(jù)地址（Modbus標(biāo)準(zhǔn)地址格式），0開頭、1開頭、3開頭和4開頭的；Count指的是通訊數(shù)據(jù)的長度，最大120個(gè)字，單位可能是bit或word；DataPtr指的是參與通訊的本方數(shù)據(jù)區(qū)，如果是讀指令標(biāo)示的是讀回來的指令放在本地的哪一塊數(shù)據(jù)區(qū)，如果是寫命令表示的是把本地的哪一塊數(shù)據(jù)發(fā)給對方；Done位和Error位分別是功能完成和故障代碼。

 

其中值得一提的是Count，剛才講過它的單位可能是bit或word，究竟是bit或word取決于當(dāng)時(shí)所用的Modbus標(biāo)準(zhǔn)的地址碼是用的哪一塊，如果對于1-128而言這是一個(gè)DO的輸出，對于1開頭的是一個(gè)DI的輸入點(diǎn)，這個(gè)時(shí)候Count的單位指的是bit，而對于3開頭和4開頭的，那么是AI和保存寄存器，它們的單位是word。需要注意的是當(dāng)Count的單位是Bit時(shí)，一定Count的數(shù)值設(shè)置為8的整數(shù)倍，否則會出錯(cuò)，這是因?yàn)橐粋�(gè)基本傳輸?shù)淖址�是包�?個(gè)數(shù)據(jù)位的，沒有辦法只傳送一個(gè)或幾個(gè)bit。

（6）Modbus主從站輪詢

 

當(dāng)存在Modbus多主站輪詢的時(shí)候，在程序當(dāng)中我們應(yīng)當(dāng)如何處理呢？上圖中展示了這種方法。例如第一個(gè)MBUS_MSG指令我們可以利用它的Done位（本例中為M2.1），把它作為第二條MBUS_MSG指令的First前面的激活端，也就是說第一個(gè)MBUS_MSG完成的時(shí)候才會去激活下一條MBUS_MSG指令，那么同樣，第二條指令完成時(shí)我們把它作為第三條MBUS_MSG指令的激活條件，在最后又把第三條指令的完成位還給第一條網(wǎng)絡(luò)，這樣的話就構(gòu)成了一個(gè)循環(huán)的輪詢方式。

（7）Modbus FAQ

Q1：S7-200是否支持Modbus ASCII模式？

答：S7-200可以支持上述模式，但是沒有現(xiàn)成的指令庫，需要用戶自己利用自由口的方式編程。

Q2：項(xiàng)目編譯后為何出現(xiàn)很多錯(cuò)誤？

答：使用指令庫時(shí)，若編譯后出現(xiàn)很多錯(cuò)誤，一般是因?yàn)槲粗付◣熘噶顢?shù)據(jù)存儲區(qū)。

Q3：Modbus從站的網(wǎng)絡(luò)地址與S7-200的CPU網(wǎng)絡(luò)地址有何關(guān)系？

答：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。

Q4：MBUS_MSG指令中代表數(shù)據(jù)長度的COUNT引腳單位是什么？

答：對于Modbus地址=0xxxx或1xxxx的，引腳單位為Bit；對于Modbus地址=3xxxx或4xxxx的，引腳單位為Word。

Q5：如何訪問大于9999的保持寄存器地址？

答：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(shí)給Addr參數(shù)賦相應(yīng)的值即可，如416768。

Q6：為何有些HMI軟件使用Modbus RTU讀取S7-200中的實(shí)數(shù)會出現(xiàn)錯(cuò)誤？

答：不同的廠家關(guān)于浮點(diǎn)數(shù)格式定義的不同，西門子的PLC遵循的是高位低存的規(guī)律，和其他的廠家有可能會不一樣，這樣讀回來的實(shí)數(shù)或整數(shù)的高低字節(jié)會發(fā)生反轉(zhuǎn)，這個(gè)時(shí)候可以通過監(jiān)控、判斷，在程序當(dāng)中把它掉過來就可以了。

Q7：MBUS_MSG顯示Error 6#？

答：Error 6#表示Modbus正在忙于其它請求。MBUS_MSG指令同時(shí)只能允許有一個(gè)讀寫操作處于運(yùn)行過程，如果在一個(gè)讀寫操作尚未完成時(shí)啟用另外一個(gè)讀寫請求，就會發(fā)生Error 6#。利用Done位可以對規(guī)避這一問題。

Q8：MBUS_MSG顯示Error 3#？

答：Error 3#表示從站無應(yīng)答。即主站的讀寫請求發(fā)出后，從站沒有在Timeout時(shí)間內(nèi)返回報(bào)文。多種原因可以引起此故障，包括：

• 硬件故障（線路，端口等問題）。

• 錯(cuò)誤的從站地址，波特率，奇偶校驗(yàn)。

• 從站不支持此功能碼，或不能被從站識別的從站數(shù)據(jù)地址。

• Timeout時(shí)間過短（從站響應(yīng)較慢），通過延長Timeout可以解決這個(gè)問題。

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