- 1. （一）概述
- 2. （二）Modbus RTU指令版本与限制
- 3. （1）博途中的 S7-1200 Modbus RTU指令
- 4. （三）Frequently Asked Questions
- 5. （一）Modbus RTU指令概述
- 6. （二）Modbus RTU指令实例环境介绍
- 7. （三）实例之设备configuration
- 8. 1、configurationCM1241 RS422/485模块
- 9. 2、configurationET200 SP CM PtP 模块
- 10. （四）实例之软件编程
- 11. （2）插入”Pull or plug of modules” 中断OB83
- 12. （3）插入”Rack or Station failure” 中断OB86
- 13. （五）Frequently Asked Questions
（一）概述
Modbus具有两种串行传输模式：分别为ASCII和RTU。Modbus是一种单主站的主从通信模式，Modbus网络上只能有一个主站existence，主站在Modbus网络上没有address，每个从站必须有唯一的address，从站的address范围为0 – 247，其中0为广播address，从站的实际address范围为1-247。Modbus RTU通信以主从的方式进行data传输，在传输的过程中Modbus RTU主站是主动方，即主站senddataRequestmessage到从站，Modbus RTU从站返回Responsemessage。S7-1200以下模块支持 Modbus RTU通信：
| 通信模块/通信板 | 订货号 |
| CM1241 RS232 | 6ES7241-1AH32-0XB0 |
| CM1241 RS422/485 | 6ES7241-1CH32-0XB0 |
| CB 1241 RS485 | 6ES7241-1CH30-1XB0 |
注意：
（1）使用通信模块CM 1241 RS232作为Modbus RTU主站时，只能与一个从站通讯。
（2）使用通信模块CM 1241 RS485作为Modbus RTU主站时，则允许建立最多与 32 个从站的通讯。
（3）使用通信板CB 1241 RS485时，CPU 固件必须为 V2.0 或更高版本，且使用软件必须为STEP 7 Basic V11 或STEP 7 Professional V11 以上更高版本。
（二）Modbus RTU指令版本与限制
随着博途软件和 S7-1200 CPU 固件的不断更新，S7-1200 Modbus RTU 指令也出现了不同的版本。用户需要根据使用的软件和硬件，正确选择使用符合要求的 S7-1200 Modbus RTU 指令来实现 Modbus RTU 通信，其软件和硬件要求和指令版本说明如下。
（1）博途中的 S7-1200 Modbus RTU指令
博途中提供了2个版本的 Modbus RTU指令。如下图 1 所示：
- 早期版本的 Modbus RTU 指令（图1. 中 MODBUS (V2.2)）仅可通过 CM1241 通信模块或 CB1241 通信板进行 Modbus RTU 通信。
- 新版本的 Modbus RTU 指令（图1. 中 MODBUS(RTU) V3.0）扩展了 Modbus RTU 的Function，该指令除了支持 CM1241 通信模块、CB1241 通信板，还支持 PROFINET 或 PROFIBUS 分布式 I/O 机架上的 PTP 通信模块实现 Modbus RTU 通信。
（2）新版本 Modbus RTU 指令的使用限制条件
新版本 Modbus RTU 指令通过CM1241通信模块或CB1241通信板进行Modbus RTU通信时，需要满足如下条件：
a. S7-1200 CPU 的固件版本不能低于V4.1
b. CM1241通信模块 V2.1 以上或 CB1241
图1. 两个版本 Modbus RTU 指令
（三）Frequently Asked Questions
（1）S7-1200 是否支持 Modbus ASCII 通信模式？
西门子不提供支持上述通信模式的的现成指令，需要用户自己用自由口模式编程。
（2）Modbus RTU指令V1和V2两个版本有什么区别？
Modbus RTU指令版本 V2 将参数 “REQ” 和 “DONE” 添加到“MB_COMM_LOAD”指令。而且，“MB_MASTER(图片)”和“MB_SLAVE ”指令的“MB_ADDR ”参数现在允许一个 UInt 值以进行扩展寻址。
（3）同一CPU程序中是否可以同时使用V1和V2两个不同版本的Modbus RTU指令？
不能在同一CPU 程序中同时使用V1（V1.x）和V2（V2.y）指令版本。用户程序的 Modbus 指令必须具有相同的主版本号；主版本组内的各个指令可具有不同的次版本号。
（4）S7-1200 通信模块CM1241是否可作为Modbus RTU主站或作为Modbus RTU从站？
对S7-1200 通信模块CM1241configuration并编程调用“MB_COMM_LOAD”指令，可将其设置为Modbus RTU通信模式。通过编程调用“MB_MASTER”指令，S7-1200 通信模块CM1241可作为Modbus RTU主站，或调用“MB_SLAVE”指令，S7-1200 通信模块CM1241可作为Modbus RTU从站。
注意：无论S7-1200 通信模块CM1241作为Modbus RTU主站还是从站，都需要调用“MB_COMM_LOAD”指令进行编程。
（5）S7-1200 CM1241/CB1241 Modbus RTU 通信是否支持两位stop bit？
支持。
注意：S7-1200 CM1241/CB1241属性里可以设置stop bit， 但是该模块用于 Modbus 通信时，此设置的stop bitInvalid， 需要在 Modbus_Commload 指令的背景 DB 里 Static 修改 STOP_BITSstop bitnumerical value为 2。如下图 2-3所示：
图2. CM1241 配置stop bit参数
Modbus_Commload 指令的背景 DB 里 Static 修改 STOP_BITSstop bitnumerical value为 2（默认值=1）
图3. 修改 Modbus RTU 通信stop bit
第二部分：V3版指令Function
（一）Modbus RTU指令概述
博途V13 SP1版本软件中提供了2个版本的Modbus RTU指令：
图1. 两个版本Modbus RTU指令
（1）早期版本的Modbus RTU指令（图1. 中 MODBUS (V2.2)）仅可通过CM1241通信模块或CB1241通信板进行Modbus RTU通信。
（2）新版本的 Modbus RTU指令（图1. 中 MODBUS(RTU) V3.0）扩展了Modbus RTU的Function，该指令除了支持CM1241通信模块、CB1241通信板，还支持 PROFINET 或 PROFIBUS 分布式 I/O 机架上的PTP通信模块实现Modbus RTU通信。
（3）新版本 Modbus RTU指令所支持的PTP模块如下图2所示：
图2. 新版本 Modbus RTU指令所支持的PTP模块
（二）Modbus RTU指令实例环境介绍
新版本Modbus RTU指令中包含Modbus RTU 主站指令和从站指令。本文以 CPU1217C+CM1241 RS422/485+ET200SP CM PTP 模块为例，介绍新版本 Modbus RTU 指令主从通信的编程步骤。其中CPU 机架CM1241 RS422/485作为Modbus RTU从站，分布式机架ET200SP 中 CMPTP 模块作为Modbus RTU主站。
1、网络结构图如下：
图3. Modubus RTU 网络通信结构图
2、本项目中使用到的硬件和软件如下:
（1）硬件：
① CPU1217C (订货号：6ES7 217-1AG40-0XB0)，固件版本V4.1.3
② CM1241 RS422/485模块 (订货号：6ES7 241-1CH32-0XB0)，固件版本V2.1
③ 24V 电源PS307（订货号：6ES7307-1KA02-0AA0）
④ ET200 SP IM155-6PN HF（订货号：6ES7155-6AU00-0CN0）
⑤ CM PTP模块（订货号：6ES7137-6AA00-0BA0）
（2）软件：
① 博途SP1 UP 9
（三）实例之设备configuration
1、configurationCM1241 RS422/485模块
（1）打开设备视图，添加S7-1200CPU，并在硬件目录里找到“通信模块”→“点到点”→“CM1241(RS422/485)”，拖拽此模块至CPU左侧即可，如下图4所示：
图4. 添加 CM 1241 RS422/485模块
注意：固件版本>=V2.1 的CM 1241 RS422/485模块，才支持新版本Modbus RTU指令。
（2）接下来，在“设备视图”中用鼠标选中CM1241(RS422/485)模块，在“属性”→“端口configuration”中配置此模块硬件接口参数，本例以传输率=9.6Kbps，奇even parity=无奇even parity，data bit=8位字符，stop bit=1为例。如CM 1241 端口configuration设置如下图5所示：
图5. CM1241 RS422/485 模块端口configuration
（3）最后在“硬件标识符”里Confirm一下硬件标识符为269（该参数在程序编程中会被使用），如下图6所示：
图6 硬件标识符
（4）另外，S7-1200 还提供了system和时钟存储器Function，为了便于后续指令，建议使能该Function。在CPU “属性”→“常规”→“system和时钟存储器”使能system和时钟存储器Function，如图7所示。
图7. system和时钟存储器Function
2、configurationET200 SP CM PtP 模块
（1）插入一个ET200SP分布式站点，打开网络视图并拖入一个ET200SP站点，并将其分配给相应的IO 控制器（本例CPU1217C 为 IO 控制器），如图8所示：
图8. 插入ET200SP站点
（2）configurationET200SP 站点，在ET200SP的”设备视图”环境下，为ET200SP 站点添加信号、通信模块和服务器模块，在本例中只添加了CM PTP模块和服务器模块。在ET200SP”设备视图”中用鼠标选中CM PTP，在“属性”→“常规”→“接口”→“Operation模式”中配置此模块硬件接口参数，本例设定“指定工作模式”：”半双工（RS485）2线制Operation”；”receive线路的初始状态”：”无”。如下图9所示：
图9. CM PTP Operation模式
注意：ET200SP站点中，服务器模块是必须configuration的。服务器模块随接口模块一起采购，无需单独购买。ET200SP接口模块需要为其分配IPaddress和Device Name， 有关ET200 SP 分布式IO configuration详细步骤，请参考《ET200 SP 使用Quick Start》，本例不再描述Profinet IO通信的Related设置与步骤。《ET200 SP 使用Quick Start》Download链接：
https://support.industry.siemens.com/cs/cn/zh/view/78304711
（3）接下来，在“属性”→“常规”→“接口”→“端口configuration”中配置此模块端口configuration参数，本例设定”协议”：”Freeport/Modbus”；”端口参数”设置：传输率=9.6Kbps，奇even parity=无奇even parity，data bit=8位字符，stop bit=1为例。端口configuration设置如下图10所示：
图10. CM PTP 端口configuration
（4）最后需要在“硬件标识符”里Confirm一下CM PTP 模块硬件标识符，该参数在程序编程中会被使用。
（四）实例之软件编程
1、Modbus RTU 主站编程
Modbus RTU主站编程需要调用Modbus_Comm_Load 指令和Modbus_Master 指令，其中Modbus_Comm_Load 指令通过 Modbus RTU 协议对通信模块进行configuration，Modbus_Master 指令可通过由 Modbus_Comm_Load 指令configuration的端口作为 Modbus 主站进行通信， Modbus_Comm_Load 指令的 MB_DB 参数必须connect到 Modbus_Master 指令的（静态）MB_DB 参数。本例中分布式机架ET200SP 中 CM PTP 模块作为Modbus RTU主站，其Related编程步骤如下：
（1）OB1 中插入一个FC函数，并在函数中拖入Modbus_Comm_Load 指令和Modbus_Master 指令。如图11所示：
图11. 拖入Modbus RTU 主站指令
Modbus_Comm_Load指令各参数意义如下表1所示：
| 引脚 | 说明 |
| REQ | 上升沿触发 |
| PORT | 通信端口的硬件标识符 |
| BAUD | Baud rate选择：3600，6000，12000，2400，4800，9600，19200，38400，57600，76800，115200 |
| PARITY | 奇偶检验选择：0-无；1-odd parity；2-even parity |
| FLOW_CTRL | 流控制选择：0-（默认值）无流控制 |
| RTS_ON_DLY | RTS延时选择：0-（默认值） |
| RTS_OFF_DLY | RTS关断延时选择：0-（默认值） |
| RESP_TO | Response超时：默认值 = 1000 ms。MB_MASTER 允许用于从站Response的time（以毫秒为单位）。 |
| MB_DB | 对 Modbus_Master 或 Modbus_Slave 指令的背景data块的引用。 MB_DB 参数必须与 Modbus_Master 或 Modbus_Slave 指令中的静态变量MB_DB 参数相连。 |
| DONE | 如果上一个RequestComplete并且没有Error，DONE 位将变为 TRUE 并保持一个周期。 |
| ERROR | 如果上一个RequestComplete出错，则 ERROR 位将变为 TRUE 并保持一个周期。STATUS 参数中的Error代码仅在 ERROR = TRUE 的周期内effective。 |
| STATUS | 端口configurationError代码，请参考TIA 软件在线帮助或S7-1200 system手册。 |
表1 MB_COMM_LOAD指令参数意义
Modbus_Master指令各参数意义如下表2所示：
| 引脚 | 说明 |
| EN | 使能端 |
| REQ | TRUE = Request向 Modbus 从站senddata ，建议采用上升沿触发 |
| MB_ADDR | Modbus RTUslave address。默认address范围：0至247；扩展address范围：0至65535。值0被保留用于将消息广播到所有Modbus从站。 |
| MODE | 模式选择：指定RequestType（读取或写入）。 |
| DATA_ADDR | 从站中的starting address：指定Modbus从站中将供访问的data的starting address。 |
| DATA_LEN | dataLength：指定要在该Request中访问的位数或字数。 |
| DATA_PTR | data指针：指向要进行data写入或data读取的标记或data块address。 |
| DONE | Complete位：上一Request已Complete且没有出错后，DONE 位将保持为 TRUE 一个扫描周期time。 |
| BUSY | FALSE – Modbus_Master 无激活命令: TRUE – Modbus_Master 命令执行中 |
| ERROR | 对 Modbus_Master 或 Modbus_Slave 指令的背景data块的引用。 MB_DB 参数必须与 Modbus_Master 或 Modbus_Slave 指令中的静态变量MB_DB 参数相连。 |
| STATUS | 如果上一个RequestComplete并且没有Error，DONE 位将变为 TRUE 并保持一个周期。 |
| ERROR | 如果上一个RequestComplete出错，则 ERROR 位将变为 TRUE 并保持一个周期。STATUS 参数中的Error代码仅在 ERROR = TRUE 的周期内effective。 |
| STATUS | Error代码 |
表2 Modbus_Master指令参数意义
注意：
①Modbus_Comm_Load指令不建议在启动组织块OB100中调用，建议在OB1中调用。Modbus_Comm_Load指令在OB1中调用时，其输入位“REQ”需使用上升沿触发，本例中该输入位采用 “FirstScan” system存储器位。
②Modbus_Comm_Load指令背景data块中的静态变量“MODE”用于描述PTP模块的工作模式，effective的工作模式包括：
- 0 = 全双工 (RS232)
- 1 = 全双工 (RS422) 四线制模式（点对点）
- 2 = 全全双工 (RS 422) 四线制模式（多点主站，CM PtP (ET 200SP)）
- 3 = 全全双工 (RS 422) 四线制模式（多点从站，CM PtP (ET 200SP)）
- 4 = 半双工 (RS485) 二线制模式
该静态变量“MODE”默认data为0（RS232 全双工模式），需要根据CM PTP模块实际configuration修改该numerical value，本例中CM PTP模块工作在RS485半双工模式需要将该numerical value修改为4，如图12所示：
图12. Modbus_Comm_Load背景data块静态变量“MODE”修改为
③Modbus_Master指令的“DATA_PTR”参数用于指向要进行data写入或data读取的data area域address，该data area域支持优化访问的data块或者非优化（标准的）data块，建议采用非优化访问的data块。
本例中使用的data area为非优化访问的data块，在data块的属性中Cancel“优化的块访问”即可将data块修改为非优化访问的data块（鼠标右键data块，选择“属性”，Cancel“优化的块访问”），如图13所示：
图13. 设置data块为非优化访问
当Modbus_Master指令的“DATA_PTR”指向非优化访问的data块时，该输入参数需要使用指针方式填写如P#DB3.DBX0.0 WORD 5 方式填写。
④当Modbus RTU网络中existence多个modbus RTU从站或一个modbus RTU从站同时需要读Operation和写Operation，则需要调用多个Modbus_Master指令，Modbus_Master指令之间需要采用轮询方式调用。
下图14. 用于描述两个Modbus_Master指令轮询调用的方式。
图14.Modbus_Master轮询调用方式
（2）插入”Pull or plug of modules” 中断OB83
本例中Modbus RTU主站模块安装在分布式IO站点上，因此程序中需要考虑分布式IO站点故障、CM PTP 模块插拔模块等故障。分布式IO站点中插出、拔入模块时，Operationsystem都会调用一次OB83。通过OB83接口区的输入变量“16#Event_Class”判断故障的模块和Type：事件Type16#39表示模块被拔出，事件Type16#38表示模块被插入。CM PTP 模块被重新插入的时候，需要在中断OB83中调用Modbus_Comm_Load 指令对通信模块进行重新configuration，如图15所示。
图15. OB83中再次调用Modbus_Comm_Load 指令
注意：
①OB83 中调用Modbus_Comm_Load指令的背景data块需要与OB1中调用的Modbus_Comm_Load指令的背景data块相同。
②CM PTP模块的硬件标识符也可以在”PLC变量”—>”systemconstant”中查询，如图16所示：
图16. system常量
（3）插入”Rack or Station failure” 中断OB86
分布式IO站点故障和恢复时，Operationsystem都会调用一次OB86。通过OB86接口区的输入变量“16#Event_Class”判断故障的模块和Type：事件Type16#39表示站点故障，事件Type16#38表示站点恢复。CM PTP 模块所在的IO站点恢复时，需要在中断OB86中调用Modbus_Comm_Load 指令对通信模块进行重新configuration，如图17所示：
图17. OB86中调用Modbus_Comm_Load 指令
注意：
①OB86 中调用Modbus_Comm_Load指令的背景data块需要与OB1中调用的Modbus_Comm_Load指令的背景data块相同。
②分布式IO 站点的硬件标识符也可以在”PLC变量”—>”systemconstant”中查询。
2、Modbus RTU 从站编程
Modbus RTU从站编程需要调用Modbus_Comm_Load 指令和Modbus_Slave 指令，其中Modbus_Comm_Load 指令通过 Modbus RTU 协议对通信模块进行configuration，Modbus_Slave 指令可通过由 Modbus_Comm_Load 指令configuration的端口作为 Modbus 从站进行通信， Modbus_Comm_Load 指令的 MB_DB 参数必须connect到 Modbus_Slaver 指令的（静态）MB_DB 参数。本例中CPU 机架CM1241 RS422/485作为Modbus RTU从站，其Related编程步骤如下：
（1）OB1 中插入一个FC函数，并在函数中拖入Modbus_Comm_Load 指令和Modbus_Slave 指令。如图18所示：
图18. 拖入Modbus RTU 从站指令
Modbus_Slave指令各参数意义如下表3所示：
| 引脚 | 说明 |
| MB_ADDR | Modbus 从站的标准寻址： 标准寻址范围（1 到 247） 扩展寻址范围（0 到 65535） |
| MB_HOLD_REG | data指针，指向Modbus 保持register的address， Modbus 保持register可以为M存储区或DBdata area。 如果Modbus 保持register为DBdata area，则DBdata area支持优化访问的data块或非优化访问的data块，建议采用非优化访问的data块。 |
| NDR | 可用的新data：FALSE – 无新dataTRUE – 表示新data已由 Modbus 主站写入 如果上一个RequestComplete并且没有Error，NDR 位将变为 TRUE 并保持一个周期。 |
| DR | 读取data：FALSE – 无新dataTRUE –表示该指令已将 Modbus 主站receive到的data存储在目标区域中。 如果上一个RequestComplete并且没有Error，DR 位将变为 TRUE 并保持一个周期。 |
| ERROR | 如果上一个RequestComplete出错，则 ERROR 位将变为 TRUE 并保持一个周期。如果执行因Error而终止，则 STATUS 参数中的Error代码仅在 ERROR = TRUE 的周期内effective。 |
| STATUS | Error代码 |
表3 Modbus_Slave指令参数意义
注意：
①Modbus_Comm_Load指令不建议在启动组织块OB100中调用，建议在OB1中调用。Modbus_Comm_Load指令在OB1中调用时，其输入位“REQ”需使用上升沿触发，本例中该输入位采用 “FirstScan” system存储器位。
②Modbus_Comm_Load指令背景data块中的静态变量“MODE”用于描述PTP模块的工作模式，effective的工作模式包括：
- 0 = 全双工 (RS232)
- 1 = 全双工 (RS422) 四线制模式（点对点）
- 2 = 全全双工 (RS 422) 四线制模式（多点主站，CM PtP (ET 200SP)）
- 3 = 全全双工 (RS 422) 四线制模式（多点从站，CM PtP (ET 200SP)）
- 4 = 半双工 (RS485) 二线制模式
该静态变量“MODE”默认data为0（RS232 全双工模式），需要根据CM1241 RS422/485模块实际configuration修改该numerical value，本例中CM1241 RS422/485模块工作在RS485半双工模式需要将该numerical value修改为4，如何修改“MODE”静态变量见图12所示。
③Modbus_Slave指令的“MB_HOLD_REG”用于指向Modbus 保持register的data area域address，该data area域支持优化访问的data块或者非优化（标准的）data块，建议采用非优化访问的data块。本例中使用的data area为非优化访问的data块，固该输入参数需要使用指针方式填写如P#DB6.DBX0.0 WORD 100 方式填写。如何在data块的属性中Cancel“优化的块访问”，见图13所示。将程序Download到PLC中，并使用Profibus DP通信电缆将CM1241 RS422/485与CM PTP串口模块connect起来，即可测试Modbus RTU通信了。
（五）Frequently Asked Questions
1. 新版本 Modbus RTU指令的使用是否existence些限制条件?
新版本 Modbus RTU指令通过CM1241通信模块或CB1241通信板进行Modbus RTU通信时，需要满足如下条件：
a. S7-1200 CPU 的固件版本不能低于V4.1；
b. CM1241通信模块或CB1241通信板的固件不能低于V2.1。
S7-1200 V4.0 固件CPU可以通过固件更新到V4.1版本，V2.0固件的CM1241通信模块也可以通过固件更新的方式更新到V2.1版本。Related固件更新的方法请参考 S7-1200 固件更新 。
2 .Modbus_Comm_Load指令背景data块中的静态变量“MODE”的作用是什么?为什么一般项目中，都需要对该变量进行修改？
新版本的 Modbus RTU指令扩展了Modbus RTU的Function，该指令除了支持CM1241通信模块、CB1241通信板还支持 PROFINET 或 PROFIBUS 分布式 I/O 机架上的PTP通信模块实现Modbus RTU通信。而分布式 I/O 机架上的PTP通信模块可以支持多种工作模式，以ET200SP CM PtP模块（订货号：6ES7137-6AA00-0BA0）为例，其可以支持RS232、RS485以及RS422等多种工作模式。Modbus_Comm_Load指令背景data块中的静态变量“MODE”则用于定义PTP模块的工作模式。“MODE”的默认numerical value为0，代表“全双工 (RS232)”工作模式，实际项目configuration中则需要根据实际工作模式对该变量进行修改。
3. Modbus_Comm_Load指令能否在启动组织块OB100中调用?
Modbus_Comm_Load指令不建议在启动组织块OB100中调用。新版本的Modbus RTU指令扩展了Modbus RTU的Function，该指令支持 PROFINET 或 PROFIBUS 分布式 I/O 机架上的PtP通信模块实现Modbus RTU通信。Operationsystem需要调用读取data记录和写入data记录等指令来实现与分布式I/O机架上PtP模块的Modbus RTU通信。读取data记录和写入data记录指令为异步读写指令，指令的执行需要N个扫描周期，所以不建议Modbus_Comm_Load指令在启动组织块OB100中调用。
4. 如何查询Modbus RTU通信Error时的Error代码?
以Modbus_Master指令为例，当通信出现Error时，Modbus_Master指令的“ERROR”输出位将变为 TRUE 但是只保持一个扫描周期，所以通过TIA 软件程序监控时无法查询到Error。Modbus_Master指令“STATUS” 参数中的Error代码仅在“ERROR” = TRUE 的扫描周期内effective，为了获取了Modbus RTU通信Error的Error代码我们可以采用下图19. 方式编程。
图19. 获取STATUS
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