西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法

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西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法缩略图
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本文目录
  1. 1. S7-200 是否支持 Modbus ASCII 通信模式?
  2. 2. Modbus RTU主站
  3. 3. Modbus RTU 主站指令库
  4. 4. Modbus RTU 主站Function编程
  5. 5. 1.3 关于 Modbus RTU 主站协议及address
  6. 6. 1.4 Modbus RTU 主站例程
  7. 7. 1.5 Modbus RTU 主站常问问题
  8. 8. 2.1 CPU 上的通信口(Port0)支持 Modbus RTU 从站通信协议
  9. 9. 2.2 编程基本步骤:
  10. 10. 2.3 Modbus RTU slave address与S7-200的address对应
  11. 11. 2.4 Modbus RTU 从站指令库支持的function code
  12. 12. 2.5 Modbus RTU 从站例程
  13. 13. 2.6 Modbus RTU 从站Frequently Asked Questions
  14. 14. 3.1 分配库指令data area
  15. 15. 3.2 添加指令库
  16. 16. 3.3 Delete库指令
  17. 17. 4.1 S7-200system中的RS-485通信
  18. 18. 5.1 connect网络connect器
  19. 19. 5.2 网络connect器
  20. 20. 5.3 线型网络结构
  21. 21. 5.4 终端电阻和偏置电阻

S7-200 通过以下方式支持 Modbus RTU 通信协议:

  • S7-200 CPU 上的通信口 0(Port 0)通过指令库支持 Modbus RTU 从站模式
  • S7-200 CPU 上的通讯口 0 和 1 (Port 0 和 Port 1)通过指令库支持 Modbus RTU 主站模式

在 S7-200 CPU 通信口上实现的是 RS485 半双工通信,使用的是 S7-200 的自由口Function。
通过 S7-200 CPU 通信口的自由口模式实现 Modbus 通信协议,可以通过无线data电台等慢速通信设备传输。 这为组成 S7-200 之间的简单无线通信网络提供了便利。
详细情况请参考《S7-200system手册》(2002 年 10 月或以后版本)的相应章节。

S7-200 是否支持 Modbus ASCII 通信模式?

西门子s7-200不提供支持上述模式的的现成指令库,需要用户自己用自由口模式编程。

Modbus RTU主站

Modbus RTU 主站指令库

西门子在 Micro/WIN V4.0 SP5 中正式推出 Modbus RTU 主站协议库(西门子标准库指令)。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图
图 1. 西门子标准指令库(Micro/WIN V4.0 SP5)

注意:

1. Modbus RTU 主站指令库的Function是通过在用户程序中调用预先编好的程序Function块实现的,该库对 Port 0 和 Port 1 effective。该指令库将设置通信口工作在自由口模式下。

2. Modbus RTU 主站指令库使用了一些用户中断Function,编其他程序时不能在用户程序中禁止中断。

3. Modbus RTU 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*),1.22版本之前(包括1.22版本)的 S7-200 CPU 不支持。

使用 Modbus RTU 主站指令库,可以读写 Modbus RTU 从站的数字量、模拟量 I/O 以及保持register。

要使用 Modbus RTU 主站指令库,须遵循下列步骤:

1.安装西门子标准指令库

2.按照要求编写用户程序调用 Modubs RTU 主站指令库

Modbus RTU 主站Function编程

调用 Modbus RTU 主站初始化和控制子程序

使用 SM0.0 调用 MBUS_CTRL Complete主站的初始化,并启动其Function控制:

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图1
图 2. 用 SM0.0 调用 Modbus RTU 主站初始化与控制子程序

各参数意义如下:

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 Modbus protocolFunction;为 0 时恢复为system PPI 协议

c. Baud Baud rate: 支持的通讯Baud rate为1200,2400,4800,9600,19200,38400,57600,115200。

d. Parity Verification: 校验方式选择

0=无校验
1=奇较验
2=偶较验

e. Timeout 超时: 主站等待从站Response的time,以毫秒为单位,典型的设置值为 1000 毫秒(1 秒),允许设置的范围为 1 – 32767。
   注意: 这个值必须设置足够大以保证从站有timeResponse。

f. Done Complete位: 初始化Complete,此位会自动置1。可以用该位启动 MBUS_MSG 读写Operation(见例程)

g. Error 初始化Error代码(只有在 Done 位为1时effective):

0= 无Error
1= 校验选择非法
2= Baud rate选择非法
3= 模式选择非法

调用 Modbus RTU 主站读写子程序MBUS_MSG,send一个Modbus Request;

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图2
图 3. 调用Modbus RTU 主站读写子程序

各参数意义如下:

a. EN 使能: 同一时刻只能有一个读写Function(即 MBUS_MSG)使能

注意:建议每一个读写Function(即 MBUS_MSG)都用上一个 MBUS_MSG 指令的 Done Complete位来激活,以保证所有读写指令循环进行(见例程)。

b. First 读写Request位: 每一个新的读写Request必须使用脉冲触发

c. Slave slave address: 可选择的范围 1 – 247

d. RW slave address: 0 = 读, 1 = 写

注意:

1.switch量输出和保持register支持读和写Function

2.switch量输入和模拟量输入只支持读Function

e. Addr 读写从站的dataaddress:

选择读写的data type

00001 至 0xxxx – switch量输出

10001 至 1xxxx – switch量输入

30001 至 3xxxx – 模拟量输入

40001 至 4xxxx – 保持register

f. Count data个数 通讯的data个数(位或字的个数)

注意: Modbus主站可读/写的最大data量为120个字(是指每一个 MBUS_MSG 指令)

g. DataPtr data指针: 1. 如果是读指令,读回的data放到这个data area中

如果是写指令,要写出的data放到这个data area中

h. Done Complete位 读写FunctionComplete位

i. Error Error代码: 只有在 Done 位为1时,Error代码才effective

0 = 无Error

1 = Response校验Error

2 = 未用

3 = receive超时(从站无Response)

4 = Request参数Error(slave address, Modbus address, count, RW)

5 = Modbus/自由口未使能

6 = Modbus正在忙于其它Request

7 = ResponseError(Response不是Request的Operation)

8 = ResponseCRC check和Error

101 = 从站不支持Request的Function
102 = 从站不支持dataaddress
103 = 从站不支持此种data type
104 = Substation equipment malfunction
105 = 从站接受了信息,但是Response被延迟
106 = 从站忙,拒绝了该信息
107 = 从站拒绝了信息
108 = 从站存储器奇偶Error

常见的Error:

如果多个 MBUS_MSG 指令同时使能会造成 6 号Error

库存储区被程序其它地方复用,有时也会造成6 号Error

从站 delay 参数设的time过长会造成主站 3 号Error

从站掉电或不运行,网络故障都会造成主站 3 号Error

在 CPU 的 V data area中为库指令分配存储区(Library Memory)

Modbus Master 指令库需要一个284个byte的全局 V 存储区。

1.3 关于 Modbus RTU 主站协议及address

此为西门子正式推出的标准库指令说明Resources。

在 Modbus RTU Master 协议和 PPI 协议之间Switch:

Modbus RTU Master 协议指令库使通信口工作在自由口模式下,此时不能与 Micro/WIN 软件通信。要在Switch回 PPI 协议,可以:

  1. 将 MBUS_CTRL 指令的 Mode 输入端设置为逻辑”0″
  2. 将 CPU 的允许模式选择switch置为 STOP 位置

Modbus RTU Master 协议库的执行time:

Modbus RTU Master 协议库的 MBUS_CTRL 指令不需要很长的执行time。MBUS_需要 1.11 ms 用于初始化,在后续的每个扫描周期中只占用 0.41 ms。

调用 MBUS_MSG 子程序会加长处理time。大部分time都用于 CRC verification的计算。每读、写一个字的data就需要 1.85 ms 扫描time。data最多的情况下(读、写 120 字的data),扫描time大概会扩增加 222 ms。读Operation的time主要消耗在receivedata上;写Operation的time主要消耗在senddata上。

Modbus address

通常 Modbus address由 5 位数字组成,包括start的data type代号,以及后面的偏移address。Modbus Master 协议库把标准的 Modbus address映射为所谓 Modbus Function号,读写从站的data。Modbus Master 协议库支持如下address:

  • 00001 – 09999:数字量输出( 线圈)
  • 10001 – 19999:数字量输入(触点)
  • 30001 – 39999:Input dataregister(通常为模拟量输入)
  • 40001 – 49999:data保持register

Modbus Master 协议库支持的Function

为了支持上述 Modbus address的读写,Modbus Master 协议库需要从站支持下列Function:

表 1. 需要从站支持的Function

Modbus address读/写Modbus 从站须支持的Function
00001 – 09999 数字量输出function code 1
00001 – 09999 数字量输出function code 5:写单输出点
function code 15:写多输出点
10001 – 19999 数字量输入function code 2
10001 – 19999 数字量输入
30001 – 39999 输入registerfunction code 4
30001 – 39999 输入register
40001 – 49999保持registerfunction code 3
40001 – 49999保持registerFunction 6:写单register单元
Function 16:写多register单元

Modbus address和 S7-200 存储区address的映射

S7-200 通过 Modbus Master 和 Slave 协议库通信时,Modbus address和 S7-200 内存储区address的 映射关系都类似。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图3

Modbus 数字量address映射举例:

位address(0xxxx 和 1xxxx)data总是以byte为单位打包读写。第一个byte中的最低effective位对应 Modbus address的starting address。如下图所示:

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图4

图 4. 数字量address映射举例

1.4 Modbus RTU 主站例程

为了更好地理解 Modbus 主站的编程,可参考下面的例程。

例子程序1: 多个MBUS_MSG指令轮询执行,

注意

  • 1. 该例程使用 Micro/WIN V4.0 SP5 保存。
  • 2. 该例程仅访问一个从站,若访问不同的从站,可通过改变slave address来实现。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图5Modbus RTU 主站指令库应用例程

例子程序2:反复激活单个MBUS_MSG指令:

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图5Modbus RTU 主站变址方式轮询访问应用例程

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图6注意:此指令库/程序的Author和拥有者对于该软件的Function性和兼容性不负任何责任。使用该软件的风险完全由用户自行承担。由于它是free的,所以不提供任何担保,Error纠正和热线支持,用户不必为 此联系西门子Technical Support与服务部门。

1.5 Modbus RTU 主站常问问题

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图7Modbus RTU 主站库对 CPU 的版本是否有要求,为什么编译例子程序时,会遇到 4 个Error?

Modbus RTU 主站库对 CPU 的版本确实有要求,CPU 的版本必须为 2.00 或者 2.01(即订货号为6ES721*-***23-0BA*),1.22 版本之前(包括 1.22 版本)的 S7-200 CPU 不支持。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图7Modbus 指令库启动后,如何通过同一个通信端口进行 CPU 监控?

Modbus 指令库使用的是 CPU 的自由口通信Function,工作在自由口模式下的通讯口不能使用 Micro/WIN 的 PPI 编程通信监控。如果通信口都已经被占用,可以考虑:

  • 加一个通信模块(如 EM 277、CP 243-1、EM 241 等)扩展出一个编程通信口
  • 中止自由口模式,可以将 CPU 上的模式switch从 RUN 拨到 STOP;或者保持处于 RUN 状态,用程序停止指令库的 Modbus 模式(参见指令库应用)

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图7 如何理解 Modbus address与function code的区别?

Modbus address与 Modbus 的function code是两个层次的概念。

根据 Modbus 通信协议,Modbus data的address使用 0xxxx、1xxxx、3xxxx 和 4xxxx 的形式,分别表示数字量输出、数字量输入、模拟量输入等dataaddress。在使用 S7-200 的指令库时,Modbus dataaddress与 S7-200 的 I/O 和data存储区address间有特定的对应关系。

有些设备表明它支持 Modbus RTU 通信协议,但也详细提供了读写data的详细通信帧format,其中包括如何指定 Modbus 站的address,需要读写data type、Length等等。data帧有特定byte指出此指令读写的data type和address,此byte的data内容即所谓”function code”,如Function 1 指定读取单个/多个数字量输出点的值。

支持 Modbus protocolequipment或软件,使用时用户直接设置或看到的应当是 Modbus dataaddress。Modbus address所访问的data,是通过各种”Function”读写而来。function code是 Modbus address的底层。如果 Modbus 通信的一方提供的所谓 Modbus protocol只有function code,则需要注意了解此Function号与 Modbus address间的对应关系。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图7如何访问大于 9999 的保持register address?

通常 Modbus protocol的保持register address范围在 40001 – 49999 之间。对于多数应用来说已经够了。但有些 Modbus 从站把address映射到保持register区的address超过 9999 的部分。

Modbus Master 协议库支持超过 9999 的保持register address。address范围为 400001 – 465536。只需在调用 MBUS_MSG 子程序时给 Addr 参数赋相应的值即可,如 416768。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图6 Modubs Master 扩展address模式仅支持保持register区,不支持其他addressType。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图7S7-200 作为 Modbus 主站方receive上来的data format与第三方设备不一样怎么办?

西门子PLCdata的存储format为高位低存方式。举例:VD200中包含VW200和VW202,其中VW202是低字,VW200是高字。若第三方设备与西门子data存储format不同,是低位低存的方式,那么通信上来的data就会existenceError,需要进行转换才能使用。编程的方式比较多样,针对双字中高低字的交换可以使用SWAP(Word exchange)指令,若是byte交换可以考虑循环移位指令。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图7S7-200 是否支持如 Modbus TCP 等其它协议?

不支持。S7-200自身的通信端口或其通信扩展模块均不支持 Modbus TCP、CANopen、DeviceNet 以及 BACnet 通信协议。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图7 为什么 S7-200 作 Modbus 主站时 MBUS_MSG 指令报6号Error?

引起6号Error主要有两方面的原因:1.多个 MBUS_MSG 指令同时使能执行;2. Modbus库存储区中分配的建议address区与编程中已使用的V存储区有重叠。

2Modbus RTU从站

2.1 CPU 上的通信口(Port0)支持 Modbus RTU 从站通信协议

S7-200 CPU上的通信口Port0可以支持Modbus RTU协议,成为Modbus RTU从站。此Function是通过S7-200的自由口通信模式实现,因此可以通过无线data电台等慢速通信设备传输。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图8 详情请参考《S7-200system手册》之Related章节。

要实现Modbus RTU通信,需要STEP 7-Micro/WIN32 V3.2以上版本的编程软件,而且须安装STEP 7-Micro/WIN32 V3.2 Instruction Library(指令库)。Modbus RTUFunction是通过指令库中预先编好的程序Function块实现的。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图6 Modbus RTU从站指令库只支持CPU上的通信0口(Port0)。

2.2 编程基本步骤:

检查Micro/WIN的软件版本,应当是STEP 7-Micro/WIN V3.2以上版本。

检查Micro/WIN的指令树中是否existenceModbus RTU从站指令库(图1),库中应当包括MBUS_INIT和MBUS_SLAVE两个子程序。如果没有,须安装Micro/WIN32 V3.2的Instruction Library(指令库)软件包;西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图9

图1. 指令树中的库指令

编程时使用SM0.1调用子程序MBUS_INIT进行初始化,使用SM0.0调用MBUS_SLAVE,并指定相应参数。关于参数的详细说明,可在子程序的局部变量表中找到;西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图10

图2. 调用Modbus RTU通信指令库

图中参数意义如下:

  • 模式选择:启动/停止Modbus,1=启动;0=停止
  • slave address:Modbusslave address,取值1~247
  • Baud rate:可选1200,2400,4800,9600,19200,38400,57600,115200
  • 奇even parity:0=无校验;1=odd parity;2=even parity
  • 延时:附加字符间延时,缺省值为0
  • 最大I/Q位:参与通信的最大I/O点数,S7-200的I/O映像区为128/128,缺省值为128
  • 最大AI字数:参与通信的最大AI通道数,可为16或32
  • 最大保持register区:参与通信的V存储区字(VW)
  • 保持register区starting address:以&VBx指定(间接寻址方式)
  • 初始化Complete标志:成功初始化后置1
  • 初始化Error代码
  • Modbus执行:通信中时置1,无 Modbus 通信活动时为 0。
  • Error代码:0=无Error

 1. 从站Error代码

Error代码描述
0无Error
1存储区范围Error
2非法Baud rate或校验
3非法slave address
4Modbus 参数的非法值
5保持register与Modbus从站符号address重复
6receive校验Error
7receiveCRCError
8Illegal functionRequest/不支持的Function
9Request中有非法存储区address
10从站Function未使能

在CPU的Vdata area中分配库指令data area(Library Memory)

如有必要,使用主站软件测试。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图6注意:由子程序参数HoldStart和MaxHold指定的保持register区,是在S7-200 CPU的Vdata存储区中分配,此data area不能和库指令data area有任何重叠,否则在运行时会产生Error,不能正常通信。注意Modbus 中的保持register区按”字”寻址,即MaxHold规定的是VW而不是VB的个数。

在图2的例子中,规定了 Modbus 保持register区从 VB0 开始(HoldStart = VB0),并且保持register为1000个字(MaxHold=1000),因保持register以字(两个byte)为单位,实际上这个通信缓冲区占用了VB0~VB1999共2000个byte。因此分配库指令保留data area时至少要从VB2000开始。当然保持区不一定要从VB0开始。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图6注意:你选用的CPU的V存储区大小!CPU型号不同Vdata存储区大小不同。应根据需要选择Modbus保持register区域的大小。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图11包含 Modbus RTU 从站指令库的项目编译、Download到CPU中后,在编程计算机(PG/PC)上运行一些 Modbus 测试软件可以检验S7-200的Modbus RTU通信是否正常,这对查找故障点很有用。测试软件通过计算机串口(RS-232)和PC/PPI电缆connectCPU。如果必要,须将PC/PPI电缆设置在自由口通信方式。

可到一些软件Download网站寻找类似软件,如 ModScan32 等。

2.3 Modbus RTU slave address与S7-200的address对应

Modbusaddress总是以00001、30004之类的形式出现。S7-200内部的data存储区与Modbus的0、1、3、4共4类address的对应关系如下:

表2. Modbusaddress对应表

ModbusaddressS7-200data area
00001 ~ 00128Q0.0 ~ Q15.7
10001 ~ 10128I0.0 ~ I15.7
30001 ~ 30032AIW0 ~ AIW62
40001 ~ 4xxxxT ~ T + 2 * (xxxx -1)

其中T为S7-200中的缓冲区starting address,即 HoldStart。

如果已知S7-200中的V存储区address,推算Modbusaddress的公式如下:

Modbusaddress = 40000 + (T/2+1) ; T为偶数

2.4 Modbus RTU 从站指令库支持的function code

Modbus RTU 从站指令库支持特定的 Modbus Function。访问使用此指令库的主站必须遵循这个指令库的要求。

表 3. Modbus RTU 从站function code

function code主站使用相应function code作用于此从站的效用
1读取单个/多个线圈(离散量输出点)状态。 Function 1 返回任意个数输出点(Q)的 ON/OFF 状态。
2读取单个/多个触点(离散量输入点)状态。 Function 2 返回任意个数输入点(I)的 ON/OFF 状态。
3读取单个/多个保持register。Function 3 返回 V 存储区的内容。在 Modbus protocol下保持register都是”字”值,在一次Request中可以读取最多 120 个字的data。
4读取单个/多个输入register。Function 4 返回 S7-200 的模拟量data值。
5写单个线圈(离散量输出点)。Function 5 用于将离散量输出点设置为指定的值。这个点不是被强制的,用户程序可以覆盖 Modbus 通信Request写入的值。
6写单个保持register。Function 6 写一个值到 S7-200 的 V 存储区的保持register中。
15写多个线圈(离散量输出点)。Function 15 把多个离散量输出点的值写到 S7-200 的输出映像register(Q 区)。输出点的address必须以byte边界start(如 Q0.0 或 Q2.0),并且输出点的数目必须是 8 的整数倍。这是此 Modbus RTU 从站指令库的限制。些点不是被强制的,用户程序可以覆盖 Modbus 通信Request写入的值。
16些多个保持register。Function 16 写多个值到 S7-200 的 V 存储区的保持register中。在一次Request中可以写最多 120 个字的data。

2.5 Modbus RTU 从站例程

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图5Modbus RTU 从站例程

需要 STEP 7-Micro/WIN V4.0 SP3 以上版打开

2.6 Modbus RTU 从站Frequently Asked Questions

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图7Modbus 从站的网络address与 S7-200 的 CPU 网络address有什么关系?

没有关系。支持网络通信的通信协议必须有其自己的网络寻址规定。 Modbus 从站的address只是它在 Modbus 网络上的address,而通常所说的 S7-200 CPU address是 CPU 在西门子的 PPI 网络上的站address。S7-200 CPU 的大部分通信Function都通过 PPI 网络Complete,例如编程、网络读写通信等。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图7 如何理解 Modbus address与function code的区别?

Modbus address与 Modbus 的function code是两个层次的概念。

根据 Modbus 通信协议,Modbus data的address使用 00xxx、10xxx、30xxx 和 40xxx 的形式,分别表示数字量输出、数字量输入、模拟量输入等dataaddress。在使用 S7-200 的指令库时,Modbus dataaddress与 S7-200 的 I/O 和data存储区address间有特定的对应关系。

有些设备表明它支持 Modbus RTU 通信协议,但也详细提供了读写data的详细通信帧format,其中包括如何指定 Modbus 站的address,需要读写data type、Length等等。data帧有特定byte指出此指令读写的data type和address,此byte的data内容即所谓”function code”,如Function 1 指定读取单个/多个数字量输出点的值。

支持 Modbus protocolequipment或软件,使用时用户直接设置或看到的应当是 Modbus dataaddress。Modbus address所访问的data,是通过各种”Function”读写而来。function code是 Modbus address的底层。如果 Modbus 通信的一方提供的所谓 Modbus protocol只有function code,则需要注意了解此Function号与 Modbus address间的对应关系。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图7Modbus 指令库启动后,如何通过同一个通信端口进行 CPU 监控?

Modbus 指令库使用的是 CPU 的自由口通信Function,工作在自由口模式下的通讯口不能使用 Micro/WIN 的 PPI 编程通信监控。如果通信口都已经被占用,可以考虑:

  • 加一个通信模块(如 EM 277、CP 243-1、EM 241 等)扩展出一个编程通信口
  • 中止自由口模式,可以将 CPU 上的模式switch从 RUN 拨到 STOP;或者保持处于 RUN 状态,用程序停止指令库的 Modbus 模式(参见指令库应用)

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图7为何有些 HMI 软件使用 Modbus RTU 读取S7-200中的实数会出现Error?

有些HMI软件使用Modbus RTU通信协议时,处理存储在data保持register中的实数(浮点数)的方式与西门子的实数保存format不同。西门子的PLC遵循”高byte低address、低byte高address”的规律。

Modbus RTU的保持register总是以”字(双byte)”为单位,而一个实数需要4个byte(双字)表示。HMI软件在处理时可能会把保持register的两个”字”互换位置,造成不能识别以西门子format表示的实数。如果HMI软件一方无法处理这种实数,则可在S7-200 CPU中编程将存入data缓冲区(保持register区)的实数的高字和低字互换。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图7为何有的HMI软件用Modbus RTU可以读取作为从站的S7-200的内容,但不能写入?

可能此软件使用了ModbusFunction15(写多个离散量)或类似Function(Function 16)。S7-200从站协议遵守”以整byteaddress边界(如Q0.0、Q2.0)开始、以8的整数倍为位个数”的规约。如果HMI软件未严格执行此规律就可能发生写入Error的情况。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图7S7-200是否支持 Modbus ASCII 模式?

S7-200可以支持上述模式,但是没有现成的指令库,需要用户自己编程。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图7项目编译后为何出现很多Error?

使用指令库时,若编译后出现很多Error,一般是因为未指定库指令data存储区。请参考Related条目

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图7S7-200 CPU的Port1是否可以支持Modbus RTU协议?

可以。用户可以自己编程实现。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图11在S7-200的”Tips and Tricks”帮助Document中,Tip041是Modbus RTU从站程序,用户可以参考。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图7S7-200是否可以组成Modbus RTU通信网络?如何组网?

S7-200可以组成RS-485基础上的Modbus RTU网络。如果通信对象是不同标准的通信口,可能还需要转换。
参见:RS-485网络组成

3STEP 7-Micro/WIN 的标准指令库

STEP 7-Micro/WIN V4.0 以上版内部已经带有新的指令库,但在未安装西门子 Instruction Library 软件包的情况下,不能显示出来使用。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图6要使用西门子的标准指令库,必须先安装西门子的指令库软件包 Instruction Library。安装了 Instruction Library 之后,只要安装的 STEP 7-Micro/WIN 版本是最新的,就能获得相应版本的新指令库。安装 Micro/WIN 的升级包(Service Pack)也会更新指令库的版本。

用户可以直接从下面获得西门子 Instruction Library 软件安装包:

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图5Instruction Library

最新的 STEP 7-Micro/WIN V4.0 SP5 版本支持以下几种西门子标准指令库:

  • USS通信协议库:
    可使CPU通信口 Port0 和 Port 1 支持与Micro-Master 3(MM3系列)和Micro-Master 4(MM4系列,如MM420、MM430、MM440等)、SINAMICS G110系列的USS通信控制,通过一些预先编好的子程序和中断程序,以方便地控制变频器的运行和读写其参数。
    Micro/WIN V4.0的USS指令库现在已经针对西门子的Master Drive做了优化。
  • Modbus RTU Slave(从站)通信协议库:
    可使CPU通信口 Port0 支持Modbus RTU从站通信Function。
  • Modbus RTU Master (主站)通信协议库:西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图12
    可使 CPU 通信口 Port 0 和 Port 1 支持 Modbus RTU 主站通信Function。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图8以上通信协议库都是使用了S7-200 CPU的自由口通信Function。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图13

图1. 西门子标准库以浅蓝色图标表示(Micro/WIN V4.0 SP5)

从以下两种途径可以获得STEP 7-Micro/WIN指令库:

  • 安装STEP 7-Micro/WIN32 附加软件包Instruction Library V1.1,订货号6ES7830-2BC00-0YX0。
  • 已安装STEP 7-Micro/WIN32 V3.1和Toolbox V1.0(包括为TP070配置的TP Designer和老的指令库,订货号6ES7810-2TC00-0YX0),再安装正式的STEP 7-Micro/WIN32 V3.2(或V4.0)版,也可自动获得新的指令库。新旧版本的软件及其指令库可以在一台计算机上共存(V4.0 的各升级包不能共存)。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图6注意:

  • 所有旧的CPU21x不能使用新的指令库
  • 旧版本的指令库不能与新的指令库在同一个项目文件中共存
  • 安装了新版本的指令库后,旧版本的指令库不再能够看到
  • 用户Customization的指令库不能与西门子的库重名

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图11有时因为system和软件安装有问题,可能在安装完西门子标准指令库后仍然不能看到西门子标准库。这时可以尝试添加标准库。标准库的文件existenceMicro/WIN安装目录下的Standard Libs目录下。

3.1 分配库指令data area

调用STEP 7 – Mciro/WIN32 V3.2 Instruction Library(指令库)需要分配库指令data area(Library Memory)。库指令data area是相应库的子程序和中断程序所要用到的变量存储空间。

如果在编程时不分配库指令data area,编译时会产生许多相同的Error(Error18)。

Operation步骤(以Modbus RTU库指令为例):

在指令树的Project(项目)中,以鼠标右键单击Program Block(程序块),在弹出的快捷菜单中选择Library Memory。如图2所示:西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图14

图2

在弹出的选项卡中设置库指令data area,如图2所示:西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图15

图3.缺省情况下是从VB0开始,但因为与Modbus的保持寄存区冲突,所以手动改为VB2000。按”Suggest Address”button也可以自动分配。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图6可以使用Suggest Address(推荐address)设置data area,但要注意编程软件设置的data areaaddress,只考虑到了其他一般寻址,而未考虑到诸如Modbusdata保持register区等的设置。应当确保不与其他任何已使用的data area重叠、冲突。不应重复按Suggest Addressbutton,否则也会造成混乱。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图6在STEP 7-Micro/WIN32 V3.1中,有分配库指令data area时有不同的Operation方法,需要在Symbol Table(符号表)中设置一个首address。我们强烈建议使用当时最新的编程版本。

3.2 添加指令库

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图6注意:添加Customization指令库,需要CloseEdit库指令的项目,新建立一个项目。如果要添加其他来源的库指令自然不需要如此。

第一步:在Micro/WIN的File(文件)菜单中选择Add/Remove Libraries…(添加/Delete指令库)命令 ;或者在指令树的Libraries(指令库)分支上单击鼠标右键,选择Add/Remove Libraries…西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图16

图4. 选择添加/Delete指令库命令

添加/Delete对话框中将显示已经在本机的Micro/WIN中集成的用户Customization指令库。西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图17

图5. 已安装的库指令

第二步:按Add(添加)button,选择新定义的库文件路径。用户Customization库将自动添加到Micro/WIN指令树的Libraries分支下。西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图18

图6. 选择库文件

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图6 缺省情况下,Micro/WIN到图8中的路径下寻找库指令文件。用户也可以指定其他路径。但要注意库文件应当保持在非移动的介质上,如果指定了一个可移动硬盘,则硬盘不在时会发生找不到库的Error。建议用户使用缺省设置。

3.3 Delete库指令

第一步:选择添加/Delete指令库命令西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图19

图7. 选择命令

第二步:选中须卸载的库所对应的库文件,按Remove(Delete)button西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图20

图8. 选中要Delete的库指令文件

4RS-485网络

S7-200system支持的PPI、MPI和PROFIBUS-DP协议通常以RS-485电气网络为硬件基础。
RS-485串行通信标准采用平衡信号传输方式,或者称为差动模式。平衡传输方式可以effective地抑制传输过程中干扰。
平衡方式采用一对导线,利用两根导线间的电压差传输传输信号。这两根导线被命名为A(TxD/RxD-)和B(TxD/RxD+)。当B的电压比A高时,认为传输的是逻辑”高”电平;当B的电压比A低时,认为传输的是逻辑”低”电平信号。能够effective工作的差动电压范围十分宽广,可以从零点几伏到接近十伏。
RS-485通信端口可以做到很高的通信速率,较长的通信距离,以及并联connect多个端口。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图6平衡通信方式能否effective工作受到共模电压差的影响。RS-485接口的两根导线相对于通信对象信号地的电压差就是共模电压。非电气隔离的RS-485接口能在一定的范围内抵抗共模电压对通信的干扰。

S7-200 CPU通信口的共模抑制电压是12V。所以对于这类非隔离型的RS-485端口,保证通信口之间的信号地等电位非常重要,最好将它们connect在一起(并不是说一定要接地)。

S7-200system中的RS-485端口是半双工的,不能同时send和receive信号。
在S7-200system中,选择合适的通信设备,可以做到Baud rate从1200到12M,单段距离1000m,单段站点32个的通信网络。通过中继器,RS-485电气网络还可以扩展通信距离,增加通信站点。详情请参考《S7-200system手册》关于通信的专门一章。
虽然常见的RS-485通信器件在电气性能上基本一致,但物理接口却五花八门,没有统一的规定。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图6 西门子system中的 D-Sub 9 针型 RS-485 端口,引脚定义是基本一致的。

4.1 S7-200system中的RS-485通信

在S7-200system中,CPU上的通信口(编程口),以及EM277模块上的通信端口都是符合RS-485电气标准的。但它们也有所不同:

  • S7-200 CPU上的通信口是非隔离型的,最高通信速率187.5K波特
  • EM277上的通信口是隔离的,最高通信速率12M,并且速率自适应

以下三种协议,都可以在RS-485的硬件基础上实现通信:

  • PPI(包括编程通信、S7-200 CPU之间、S7-200 CPU与HMI之间的通信等)
  • MPI(S7-200 CPU与S7-300/400 CPU、S7-200 CPU与HMI之间、EM277与HMI之间的通信等)
  • PROFIBUS-DP(EM277与其他PROFIBUS-DP主站之间的通信)

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图21实际上,如果各通信站点的address不同,通信Baud rate相同,上述三个协议可以在一个RS-485网络上同时实现各自的通信。当然,一个站点支持什么协议受到自身条件所限。

因此考察上述电气网络的通信时,我们应注意到它们都受RS-485网络电气基础的制约。上述网络所用的网络硬件基本一样。

5RS-485网络的硬件组成

在S7-200system中,无论是组成PPI、MPI还是RPOFIBUS-DP网络,或是Modbus RTU网络,用到的主要部件都是一样的:

  • PROFIBUS电缆:电缆型号有多种,其中最基本的是PROFIBUS FC(Fast Connect快速connect)Standard电缆(订货号6XV1 830-0EH10)
  • PROFIBUS网络connect器:网络connect器也有多种形式,如出线角度不同等等

5.1 connect网络connect器

A. 电缆和剥线器。使用FC技术不用剥出裸露的铜线。西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图22

图1. 剥好一端的PROFIBUS电缆与快速剥线器(FCS,订货号6GK1905-6AA00)。

B. 打开PROFIBUS网络connect器。首先打开电缆张力释放压块,然后掀开芯线锁。西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图23

图2. 打开的PROFIBUSconnect器

C. 去除PROFIBUS电缆芯线外的保护层,将芯线按照相应的颜色标记插入芯线锁,再把锁块用力压下,使内部导体接触。应注意使电缆剥出的屏蔽层与屏蔽connect压片接触。西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图24

图3. 插入电缆

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图6由于通信频率比较高,因此通信电缆采用双端接地。电缆两头都要connect屏蔽层。

D. 复位电缆压块,拧紧螺丝,消除外部拉力对内部connect的影响。

5.2 网络connect器

网络connect器主要分为两种Type:带和不带编程口的。不带编程口的插头用于一般联网,带编程口的插头可以在联网的同时仍然提供一个编程connect端口,用于编程或者connectHMI等。西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图25

图4. 左侧为不带编程口的网络connect器(订货号:6ES7 972-0BA52-0XA0)
右侧的是带编程口的网络connect器(订货号:6ES7 972-0BB52-0XA0)

5.3 线型网络结构

通过PROFIBUS电缆connect网络插头,构成总线型网络结构。西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图26

图5. 总线型网络connect

在上图中,网络connect器A、B、C分别插到三个通信站点的通信口上;电缆a把插头A和Bconnect起来,电缆bconnect插头B和C。线型结构可以照此扩展。

注意圆圈内的”终端电阻”switch设置。网络终端的插头,其终端电阻switch必须放在”ON”的位置;中间站点的插头其终端电阻switch应放在”OFF”位置。

5.4 终端电阻和偏置电阻

一个正规的RS-485网络使用终端电阻和偏置电阻。在网络connect线非常短、临时或实验室测试时也可以不使用终端和偏置电阻。

终端电阻:在线型网络两端(相距最远的两个通信端口上),并联在一对通信线上的电阻。根据传输线理论,终端电阻可以吸收网络上的反射波,effective地增强信号强度。两个终端电阻并联后的值应当基本等于传输线在通信频率上的特性阻抗 偏置电阻:偏置电阻用于在电气情况复杂时确保A、B信号的相对关系,保证”0″、”1″信号的可靠性

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图11西门子的PROFIBUS网络connect器已经内置了终端和偏置电阻,通过一个switch方便地接通或断开。终端和偏置电阻的值完全符合西门子通信端口和PROFIBUS电缆的要求。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图11合上网络中网络插头的终端电阻switch,可以非常方便地切断插头后面的部分网络的信号传输。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图6与其他设备通信时(采用PROFIBUS电缆),对方的通信端口可能不是D-SUB9针型的,或者引脚定义完全不同。如西门子的MM4x0变频器,RS-485通信口采用端子接线形式,这种情况下需要另外connect终端电阻,西门子可以提供一个比较规整的外接电阻。对于其他设备,可以参照《S7-200system手册》上的技术data制作。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图6 西门子网络插头中的终端电阻、偏置电阻的大小与西门子PROFIBUS电缆的特性阻抗相匹配,强烈建议用户配套使用西门子的PROFIBUS电缆和网络插头。可以避免许多麻烦。

西门子S7-200 Modbus RTU 通信方法插图6记住联网的格言:你糊弄它,它就糊弄你!

技术术语(共 12 个)—— 点击展开
Modbus RTU基于串行链路的Modbus协议,使用binaryCoding和CRC check
Modbus TCP基于以太网的Modbus协议变体,使用TCP/IP传输
Modbus ASCII使用ASCII字符传输的Modbus协议,以冒号开头、CR/LF结尾
RS485工业常用的差分串行通信标准,支持多点通信
function codeModbusfunction code指定读/写OperationType,如01读线圈、03读保持register
registerModbus register存储data单元,分线圈/离散输入/保持/输入register四类
CRC check循环冗余校验,用于检测data传输中的Error
PLC可编程逻辑控制器,Automation控制的核心设备
Baud rate串行通信每秒传输符号数,Modbus RTU常用9600/19200
串口计算机与外部设备进行串行通信的物理接口
线圈Modbus位可读写data,address从00001开始
保持registerModbus 16位可读写data,address从40001开始
来源/Tools信息 —— 点击展开
来源 Modbus Chinese Network(modbus.cn) —— China leadingModbus通信协议技术社区 Category 工业物联网 字数 14421 字 · 阅读约 37 分钟 更新 2022-09-19 永久链接 https://www.modbus.cn/10895.html
Recommended Tool: Modbus Debug Assistant WeChat Mini Program
Modbus Chinese Network官方推出的Modbus DebuggingTools,支持 Modbus RTU/TCP 实时通信debug、register读写、线圈控制、data监控和message分析。 无需安装,微信Search「Modbus DebuggingAssistant」即可使用。 电脑端入口:https://www.modbus.cn/modbustool/
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