S7200做主站S7300 CP341做从站的Modbus RTU通讯Word文件下载.docx
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5.通讯测试
5.1FC01/05/15功能码
5.2FC02功能码
5.3FC03/06/16功能码
5.4FC04功能码
5.5Limits栏
6.总结
7.相关参考资料
附录-推荐网址
在现场应用中,很多仪表和设备仅支持ModbusRTU的通讯协议,第三方仪表可以做Modbus主站或从站,西门子的通讯模块CP341/CP441-2通过Dongle(硬件狗)可以扩展该协议,S7-200集成的口可以支持自由口通讯,通过指令库也可以方便的实现ModbusRTU通讯。
本文以S7-200作为Modbus主站,CP341作为Modbus从站,实现ModbusRTU通讯,阐述两者在通讯方面的设置和注意事项。
用于编写S7-300/400程序,此软件需要从西门子购买,本文档中的300的程序是使用Step7V5.4SP4的软件编写。
串行通讯模板的驱动程序,安装此驱动后才能对PtP模板进行参数配置,并在Step7中集成通讯编程需要使用的功能块。
此驱动随购买模板一起提供,也可以从以下的链接下载。
CP341或CP441-2用于Modbus从站时,需要安装此驱动协议,但安装之前必须先安装PtPDriver,此驱动可以在购买ModbusDongle时选择购买,也可以从以下的链接下载。
用于S7-200编程的软件,本文档中的200的程序是使用Step7Micro/win的软件编写。
此软件可以从西门子下载中心免费下载,也可以从以下的链接下载。
网站自动化系统>
>
S7-200>
软件,文档编号S0002。
S7-200实现ModbusRTU功能,可以使用Modbus的指令库,要使用西门子的标准指令库,必须先安装指令库的软件包InstructionLibrary,安装后,可以在Step7-Micro/WIN软件的库中找到Modbus相关的指令,该软件包可以从以下的链接下载。
软件,文档编号S0010。
S7-300从站
CPU315-2DP
6ES7315-2AG10-0AB0
CP341RS422/485
6ES7341-1CH01-0AE0
Dongle
6ES7870-1AB01-0YA0
PC适配器(USB)
6ES7972-0CB20-0XA0
S7-200主站
CPU224XP
6ES7214-2BD23-0XB0
表1硬件设备
3.2.1接口定义
S7-200的通讯口为RS485物理口(9针口),CP341是RS422/485的接口类型(15针口),两种设备的接口引脚的示意图如下所示,更详细的信息可以参考CP341及S7-200通信接口的手册。
图1S7-200CPU通信口引脚定义
图2S7-300CP341RS422/485通讯口引脚定义
3.2.2接线示意图
图3硬件结构和接线示意图
S7-200CPU上的通信口在电气上是标准的RS-485半双工串行通信口,此串行字符通信的格式:
1个起始位;
7/8位数据位;
1位奇/偶/无校验;
1停止位。
通信波特率可以设置为1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或112500,符合这些格式的串行通讯设备可以和S7-200进行自由口通讯,ModbusRTU指令库就是使用自由口编程实现的。
4.1.1ModbusRTU主站库
使用Modbus主站指令库时需要注意的几点:
l需要S7-200的编程软件是Micro/WINV4.0SP5及以上版本;
lModbusRTU主站库对CPU的版本有要求,CPU的版本必须为2.00或者2.01(即订货号为6ES721*-***23-0BA*);
lModbus主站可读/写的最大数据量为120个字(指每一个MBUS_MSG指令);
lModbus主站库支持Port0和Port1(从站库只支持Port0口),本例中用Port0;
l使用Modbus库时必须对库存储区进行分配,见下图设置,而且分配的空间不能和程序中其它空间冲突,否则编译调用会报错。
图4库存储区设置
lModbus主站库支持的功能码和地址对应关系:
Modbus地址
读/写
Modbus从站须支持的功能
00001~09999
数字量输出
读
功能1:
读输出点
写
功能5:
写单个输出点
功能15:
写多个输出点
10001~19999
数字量输入
功能2:
读输入点
30001~39999
输入寄存器
功能4:
读输入寄存器
40001~49999
保持寄存器
功能3:
读保持寄存器
功能6:
写单个寄存器
功能16:
写多个寄存器
表2需要从站支持的功能
4.1.2S7-200Modbus主站编程
编程时,使用SM0.0调用MBUS_CTRL完成主站的参数初始化,详细见下表,参数的说明也可以从子程序的局部变量表中找到。
图5ModbusRTU主站初始化
图中各参数含义如下
编号
符号/含义
说明
a
EN/使能
必须保证每一扫描周期都被使能(使用SM0.0)。
b
Mode/模式
为1时使能为Modbus协议;
为0时恢复为PPI协议。
c
Baud/波特率
支持的通讯波特率为1200,2400,4800,9600,19200,38400,57600,115200。
d
Parity/校验
校验方式选择:
0=无校验;
1=奇校验,2=偶校验。
e
Timeout/超时
主站等待从站响应的时间,以毫秒为单位,典型的设置值为1000毫秒,允许设置的范围为1-32767。
这个值必须设置足够大以保证从站有时间响应。
f
Done/完成位
初始化完成,此位会自动置1。
g
Error/错误位
初始化错误代码。
表3
调用ModbusRTU主站读写子程序MBUS_MSG,发送一个Modbus请求。
图6调用ModbusRTU主站读写子程序
同一时刻只能有一个读写功能使能。
First/读写请求位
每一个新的读写请求必须使用脉冲触发。
Slave/从站地址
可选择的范围1–247。
RW/读写操作位
0=读,1=写。
Addr/读写从站的数据地址
选择读写的数据类型:
00001至0xxxx-开关量输出
10001至1xxxx-开关量输入
30001至3xxxx-模拟量输入
40001至4xxxx-保持寄存器。
Count/数据的个数
通讯的数据个数(位或字的个数)。
DaptPtr/数据指针
如果是读指令,读回的数据放到这个数据区中;
如果是写指令,要写出的数据放到这个数据区中。
h
读写功能完成位。
i
Error/错误代码
只有在Done位为1时,错误代码才有效。
表4
从上图中可见,S7-200作为ModbusRTU主站,波特率9.6Kb/s,偶校验,连接从站的站地址是3,数据存储区为VB2000开始的区域。
4.2.1硬件组态
图7S7-300侧硬件组态
4.2.2设置Modbus参数
图8消息桢字符结构
按照上述操作设置参数,从上图可以看出,本例中的传输波特率9.6Kb/s,1位起始位,8位数据位,偶校验位,1位停止位,从站站地址是3,主从通讯设备的字符帧格式和波特率等参数设置需要一致。
图9RS422/485接口组态
RS422/485接口只能一个有效,接口的选择只需要组态而不需要在硬件上短接。
4.2.3Modbus驱动的下载
当配置好Modbus通信的参数后,保存前需要向CP341下载ModbusSlave的驱动,一旦下载完成后无需再次下载。
需要注意的是,在下载驱动时(可以在无Dongle情况下下载),需要将CPU停机,然后下载,操作过程如下所示。
图10下载Dongle时,需要CPU停机
图11从站驱动下载后结果
4.2.4CP341做Modbus从站的编程
从Step7软件下的EXAMPLE目录中,找到项目名“zXX21_05_PtP_Com_MODSL”的项目,打开,然后将Modbus通讯模块FB80传递到用户项目中,打开路径如下所示。
图12ModbusSlave例程打开路径
OB1中调用FB80编程如下:
图13FB80程序块调用
CP卡初始化正常后,CP_START,CP_START_FM和CP_START_OK为1信号,否则CP_START_ERROR为1,同时可以从ERROR_NR察看错误信息,也可以在硬件组态中在线后的CP341的诊断缓冲区察看详细的错误信息,错误信息对照和处理方式可以参考
《S7-300以用于PtPCPModbus协议RTU格式S7的可装载驱动程序为从站》的手册。
FB80的各参数含义如下
LADDR
硬件组态中CP341的起始逻辑地址,本例中为256
START_TIMER
初始化超时定时器,本例中为T120
START_TIME
初始化定时器时间,本例中为5S
OB_MASK
I/O访问错误屏蔽位,本例中为True(I/O访问错误已屏蔽)
CP_START
FB初始化使能位,本例中为M0.0
CP_START_FM
CP_START初始化的上升沿位,本例中为M0.1
CP_NDR
从CP卡写操作位,本例中为m0.2
CP_START_OK
初始化完成且无错误,本例中为M0.3
CP_START_ERROR
初始化完成,但有错误,本例中为M0.4
ERROR_NR
错误号,本例中为MW2
ERROR_INFO
错误信息,本例中为MW4
表5
ModbusRTU格式通信协议是以主从的方式进行数据传输的,在传输的过程中主站是主动方,即主站发送数据请求报文到从站,从站返回响应报文。
Modbus系统间的数据交换是通过功能码来控制的,以下对现场常用的功能码进行分类测试,关于功能码的详细信息请参考手册。
CP341从站的通讯区域配置
图14FC01/05/15参数组态界面
FC01、FC05、FC15对应的数据区为位输出,数据的传递以位为单位,可以读写操作,用户地址区为0xxxx,Modbus地址在信息传递中从0开始。
如上图,左边为信息传递地址(地址区不能冲突),右边对应的是S7-300的数据区。
例如左边信息传递地址从0~7对应用户地址区为00001~00008,对应S7-300的M10.0~M10.7,并且以此为例说明FC01功能码的通讯。
S7-200主站程序调用
图15功能码FC01使用
S7-200主站,用功能码FC01读取从站8点数字量输出,接收的数据存放在VB2000开始的区域,测试截图结果如下。
图16FC01功能码数据交换
图17FC02参数组态界面
FC02对应的数据区为位输出,数据的传递以位为单位,只读操作,用户地址区为1xxxx,Modbus地址在信息传递中从0开始,如上图,左边为信息传递地址(地址区不能冲突),右边对应的是S7-300的数据区。
例如左边信息传递地址从0~7对应用户地址区为10001~10008,对应S7-300的M20.0~M20.7,并且以此为例说明FC02功能码的通讯。
图18功能码FC02使用
S7-200主站,用功能码FC02读取从站8点数字量输入,接收的数据存放在VB2000开始的区域,测试截图结果如下。
图19FC02功能码数据交换
5.3FC03/06/16功能码
图20FC03/06/16参数组态界面
FC03/06/16对应的数据区为寄存器,数据的传递以字为单位,可以读写操作,用户地址区为4xxxx,Modbus地址在信息传递中从0开始。
如上图,左边为信息传递地址,右边对应的是S7-300的数据区,左边传输地址不可改,右边只对应一个数据区。
例如用户地址
区为40001~40004,对应S7-300数据区为DB1.DBW0~DB1.DBW6,并且以此为例说明
FC03功能码的通讯。
图21功能码FC03使用
S7-200主站,用功能码FC03读取从站4个字寄存器,接收的数据存放在VB2000开始的区域,测试截图结果如下。
图22FC03功能码数据交换
图23FC04参数组态界面
FC04对应的数据区为寄存器输入,数据的传递也以字为单位,只读操作,用户地址区3xxxx,Modbus地址在信息传送中从0开始。
例如用户地址区为30001~30004,对应S7-300数据区为DB1.DBW0~DB1.DBW6,并且以此为例说明FC04功能码的通讯。
图24功能码FC04使用
S7-200主站,用功能码FC04读取从站4个字输入寄存器,接收的数据存放在VB2000开始的区域,测试截图结果如下。
图25FC04功能码数据交换
图26Limits参数组态界面
对于写功能码FC05、06、15、16,可以禁用或限制访问相关S7-300存储区,即使用这些功能码时,S7-300存储区需要在设定的最小和最大的范围之间,如果访问的区域超出这个范围,则访问会被拒绝,同时输出报错误信息。
本文档以S7-200为主站和CP341为从站简单介绍了ModbusRTU通讯,关于通讯的组态设置,编程以及常用功能码的使用,其具体的使用可以作为西门子串行通讯模块与第三方的仪表、设备等进行串行通信的参考。
关于西门子串行通信应用的文档可以参考相关产品手册,或登录下载中心网站,搜索下载如下文档:
A0006:
串口通讯模块的信息与使用
A0081:
CP340/341/440/441通讯及编程
A0336:
CP341ModbusRTU多站点轮询
A0440:
CP340/341基于ASCII驱动协议的多站点轮询
A0384:
S7-300CP341作主S7-200作从的Modbus通信
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该文档的文档编号:
A0451
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