西门子1200PLC的Modbus（RTU）详细설명全集

Modbus具有两种串行传输모드：分别为ASCII和RTU。 Modbus是一种单마스터的主从통신모드，Modbus네트워크上只能有一个마스터存在，마스터在Modbus네트워크上没有주소，每个슬레이브必须有唯一的주소，슬레이브的주소范围为0 - 247，其中0为广播주소，슬레이브的实际주소范围为1 - 247。Modbus RTU통신以主从的방식进行데이터传输，在传输的过程中Modbus RTU마스터是主动方，即마스터보내기데이터请求프레임到슬레이브，Modbus RTU슬레이브返回响应프레임。 S7-1200以下模块支持 Modbus RTU통신：

통신模块/통신板	订货号
CM1241 RS232	6ES7 241-1AH32-0XB0
CM1241 RS485	6ES7 241-1CH30-0XB0
CM1241 RS422/485	6ES7 241-1CH32-0XB0
CB 1241 RS485	6ES7 241-1CH30-1XB0

注意 1. 使用통신模块CM 1241 RS232作为Modbus RTU마스터时，只能与一个슬레이브通讯。 2. 使用통신模块CM 1241 RS485作为Modbus RTU마스터时，则允许建立最多与 32 个슬레이브的通讯。 3. 使用통신板CB 1241 RS485时，CPU 固件必须为 V2.0 或更高버전，且使用软件必须为STEP 7 Basic V11 或STEP 7 Professional V11 以上更高버전。 随着 TIA PORATL 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버전。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 통신。 软件，硬件要求和指令버전설명如下。 软件STEP 7 V11 中的S7-1200 Modbus RTU 指令 软件STEP 7 V11버전开始，可以从“指令”→“통신处理器”→“MODBUS”下直接调用 “MB_COMM_LOAD”和“MB_MASTER”或“MB_SLAVE”指令，如下图1所示： 图1 Modbus RTU指令 Modbus RTU指令有两个버전：分别为V1 和V2。버전V1最初在 STEP 7 Basic V10.5 中提供；버전V2 在 STEP 7 Basic/Professional V11 中提供。 软件STEP 7 V13 SP1 中的S7-1200 Modbus RTU 指令 TIA V13 SP1버전软件中提供了2个버전的 Modbus RTU指令。如下图 2 所示：早期버전的 Modbus RTU 指令（图2. 中 MODBUS (V2.2)）仅可通过 CM1241 통신模块或 CB1241 통신板进行 Modbus RTU 통신。신버전本的Modbus RTU指令（图2. 中 MODBUS(RTU) V3.0）扩展了Modbus RTU的功能，该指令除了支持 CM1241 통신模块、CB1241 통신板，还支持PROFINET或PROFIBUS분산형 I/O 机架上的PTP통신模块实现 Modbus RTU 통신。 注意：신버전本 Modbus RTU 指令的使用限制条件 신버전本 Modbus RTU 指令通过CM1241통신模块或CB1241통신板进行Modbus RTU통신时，需要满足如下条件：a. S7-1200 CPU 的固件버전不能低于V4.1；b. CM1241통신模块 V2.1 以上或 CB1241。 图2. 两个버전 Modbus RTU 指令 常见문제   1、西门子不提供支持MODBUS-ASCII통신모드的的现成指令，需要用户自己用自由口모드编程。   2、Modbus RTU指令버전 V2 将매개변수“REQ”和“DONE”추가到“MB_COMM_LOAD”指令。而且，“MB_MASTER”和“MB_SLAVE ”指令的“MB_ADDR ”매개변수现在允许一个UInt值以进行扩展寻址。   3、不能在同一CPU 程序中同时使用V1（V1.x）和V2（V2.y）指令버전。用户程序的 Modbus 指令必须具有相同的主버전号；主버전组内的各个指令可具有不同的次버전号。   4、对S7-1200 통신模块CM1241구성(SCADA)并编程调用“MB_COMM_LOAD”指令，可将其设置为Modbus RTU통신모드。通过编程调用“MB_MASTER”指令，S7-1200 통신模块CM1241可作为Modbus RTU마스터，或调用“MB_SLAVE”指令，S7-1200 통신模块CM1241可作为Modbus RTU슬레이브。   5、无论S7-1200 통신模块CM1241作为Modbus RTU마스터还是슬레이브，都需要调用“MB_COMM_LOAD”指令进行编程。   6、S7-1200 CM1241/CB1241 Modbus RTU 통신支持两位정지 비트。S7-1200 CM1241/CB1241属性里可以设置정지 비트，但是该模块用于 Modbus 통신时，此设置的정지 비트无效，需要在 Modbus_Commload 指令的背景DB里Static修改STOP_BITS정지 비트数值为2。 如下图3、4所示： 图3. CM1241 설정정지 비트매개변수 Modbus_Commload 指令的背景DB里Static修改STOP_BITS정지 비트数值为2（默认值=1） 图4. 修改 Modbus RTU 통신정지 비트 Modbus RTU신버전本指令介绍 TIA V13 SP1버전软件中提供了2个버전的Modbus RTU指令： 图1. 两个버전Modbus RTU指令 早期버전的Modbus RTU指令（图1中MODBUS (V2.2)）仅可通过CM1241통신模块或CB1241통신板进行Modbus RTU통신。 신버전本的Modbus RTU指令（图1中 MODBUS(RTU) V3.0）扩展了Modbus RTU的功能，该指令除了支持CM1241통신模块、CB1241통신板，还支持PROFINET或 PROFIBUS분산형I/O机架上的PTP통신模块实现Modbus RTU통신。 신버전本Modbus RTU指令所支持的PTP模块如下图2所示： 图2. 신버전本 Modbus RTU指令所支持的PTP模块 신버전Modbus RTU指令的使用 신버전本Modbus RTU指令中包含Modbus RTU 마스터指令和슬레이브指令。本文以 CPU1217C+CM1241 RS422/485+ET200SP CM PTP 模块为例，介绍신버전本 Modbus RTU 指令主从통신的编程步骤。 其中CPU机架CM1241 RS422/485作为Modbus RTU슬레이브，분산형机架ET200SP中 CMPTP模块作为Modbus RTU마스터。네트워크结构图如下： 图3. Modubus RTU 네트워크통신结构图 使用到的硬件和软件如下: 硬件： ① CPU1217C(订货号:6ES7 217-1AG40-0XB0)，固件버전V4.1.3 ② CM1241 RS422/485模块(订货号:6ES7 241-1CH32-0XB0)，固件버전V2.1 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） 软件： ① TIA V13 SP1 UP 9 一、设备구성(SCADA) 1 구성(SCADA)CM1241 RS422/485模块 열기设备视图，추가S7-1200CPU，并在硬件目录里找到“통신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. 추가 CM 1241 RS422/485模块 需要注意：固件버전>=V2.1 的CM 1241 RS422/485模块，才支持신버전本Modbus RTU指令。 接下来，在“设备视图”中用鼠标选中CM1241(RS422/485)模块，在“属性”→“포트구성(SCADA)”中설정此模块硬件인터페이스매개변수， 本例以传输率=9.6Kbps，奇짝수 패리티=无奇짝수 패리티，데이터 비트=8位문자，정지 비트=1为例。如CM 1241 포트구성(SCADA)设置如下图5所示： 图5. CM1241 RS422/485 模块포트구성(SCADA) 最后在“硬件标识符”里确认一下硬件标识符为269（该매개변수在程序编程中会被使用），如下图6所示： 图6.硬件标识符 另外，S7-1200 还提供了系统和时钟存储器功能，为了便于后续指令，建议使能该功能。在CPU “属性”→“常规”→“系统和时钟存储器”使能系统和时钟存储器功能，如图7所示。 图7. 系统和时钟存储器功能 2 구성(SCADA)ET200 SP CM PtP模块 a、插入一个ET200SP분산형站点。 열기네트워크视图并拖入一个ET200SP站点，并将其分配给相应的IO제어기(本例CPU1217C 为 IO 제어기)，如图8所示。 图8. 插入ET200SP站点 b、구성(SCADA)ET200SP 站点。 在ET200SP的"设备视图"환경下，为ET200SP 站点추가信号、통신模块和服务器模块，在本例中只추가了CM PTP模块和服务器模块。 需要注意：ET200SP站点中，服务器模块是必须구성(SCADA)的。服务器模块随인터페이스模块一起采购，无需单独购买。 ET200SP인터페이스模块需要为其分配IP주소和Device 이름， 有关ET200 SP 분산형IO 구성(SCADA)详细步骤，请参考《ET200 SP使用快速入门》。 《ET200 SP 使用快速入门》下载链接： https://support.industry.siemens.com/cs/cn/zh/view/78304711 在ET200SP"设备视图"中用鼠标选中CM PTP，在“属性”→“常规”→“인터페이스”→“操作모드”中설정此模块硬件인터페이스매개변수， 本例设定“指定工作모드"："半双工（RS485）2线制操作"；"수신线路的初始状态"："无"。如下图9所示： 图9. CM PTP 操作모드 接下来，在“属性”→“常规”→“인터페이스”→“포트구성(SCADA)”中설정此模块포트구성(SCADA)매개변수， 本例设定"프로토콜"："Freeport/Modbus"；"포트매개변수"设置：传输率=9.6Kbps，奇짝수 패리티=无奇짝수 패리티，데이터 비트=8位문자，정지 비트=1为例。포트구성(SCADA)设置如下图10所示： 图10. CM PTP 포트구성(SCADA) 最后需要在“硬件标识符”里确认一下CM PTP 模块硬件标识符，该매개변수在程序编程中会被使用。 二、软件编程 1 Modbus RTU 마스터编程 Modbus RTU마스터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 RTU프로토콜对통신模块进行구성(SCADA)，Modbus_Master指令可通过由Modbus_Comm_Load指令구성(SCADA)的포트作为Modbus마스터进行통신,Modbus_Comm_Load指令的MB_DB매개변수必须연결到Modbus_Master指令的（静态）MB_DB매개변수。 本例中분산형机架ET200SP中CM PTP模块作为Modbus RTU마스터，其相关编程步骤如下： a、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 마스터指令 Modbus_Comm_Load指令各매개변수意义如下表1所示：

引脚	설명
REQ	上升沿触发
PORT	통신포트的硬件标识符
BAUD	통신 속도选择：3600，6000，12000，2400，4800，9600，19200，38400，57600，76800，115200
PARITY	奇偶检验选择：0-无；1-홀수 패리티；2-짝수 패리티
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	响应超时：默认值 = 1000 ms。MB_MASTER 允许用于슬레이브响应的时间（以毫秒为单位）。
MB_DB	对 Modbus_Master 或 Modbus_Slave 指令的背景데이터块的引用。 MB_DB 매개변수必须与 Modbus_Master 或 Modbus_Slave 指令中的静态변수MB_DB 매개변수相连。
DONE	如果上一个请求完成并且没有错误，DONE 位将变为 TRUE 并保持一个周期。
ERROR	如果上一个请求完成出错，则 ERROR 位将变为 TRUE 并保持一个周期。STATUS 매개변수中的错误代码仅在 ERROR = TRUE 的周期内有效。
STATUS	포트구성(SCADA)错误代码，请参考TIA 软件在线帮助或S7-1200 系统手册。

表1 MB_COMM_LOAD指令매개변수意义 Modbus_Master指令各매개변수意义如下表2所示：

引脚	설명
EN	使能端
REQ	TRUE = 请求向 Modbus 슬레이브보내기데이터 ，建议采用上升沿触发
MB_ADDR	Modbus RTU슬레이브 주소。默认주소范围：0至247；扩展주소范围：0至65535。值0被保留用于将消息广播到所有Modbus슬레이브。
MODE	모드选择：指定请求유형（읽기或쓰기）。
데이터_ADDR	슬레이브中的시작주소：指定Modbus슬레이브中将供访问的데이터的시작주소。
데이터_LEN	데이터길이：指定要在该请求中访问的位数或字数。
데이터_PTR	데이터指针：指向要进行데이터쓰기或데이터읽기的기호或데이터块주소。
DONE	完成位：上一请求已完成且没有出错后，DONE 位将保持为 TRUE 一个扫描周期时间。
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데이터块的引用。 MB_DB 매개변수必须与 Modbus_Master 或 Modbus_Slave 指令中的静态변수MB_DB 매개변수相连。
STATUS	如果上一个请求完成并且没有错误，DONE 位将变为 TRUE 并保持一个周期。
ERROR	如果上一个请求完成出错，则 ERROR 位将变为 TRUE 并保持一个周期。STATUS 매개변수中的错误代码仅在 ERROR = TRUE 的周期内有效。
STATUS	错误代码

表2 Modbus_Master指令매개변수意义 注意 ① Modbus_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입력位“REQ”需使用上升沿触发，本例中该입력位采用 “FirstScan” 系统存储器位。 ② Modbus_Comm_Load指令背景데이터块中的静态변수“MODE”用于설명PTP模块的工作모드，有效的工作모드包括： · 0 = 全双工 (RS232) · 1 = 全双工 (RS422) 四线制모드（点对点） · 2 = 全全双工 (RS 422) 四线制모드（多点마스터，CM PtP (ET 200SP)） · 3 = 全全双工 (RS 422) 四线制모드（多点슬레이브，CM PtP (ET 200SP)） · 4 = 半双工 (RS485) 二线制모드 该静态변수“MODE”默认데이터为0（RS232 全双工모드），需要根据CM PTP模块实际구성(SCADA)修改该数值，本例中CM PTP模块工作在RS485半双工모드需要将该数值修改为4，如图12所示。 图12. Modbus_Comm_Load背景데이터块静态변수“MODE”修改为4 ③ Modbus_Master指令的“데이터_PTR”매개변수用于指向要进行데이터쓰기或데이터읽기的데이터区域주소，该데이터区域支持优化访问的데이터块或者非优化（표준的）데이터块，建议采用非优化访问的데이터块。 本例中使用的데이터区为非优化访问的데이터块，在데이터块的属性中취소“优化的块访问”即可将데이터块修改为非优化访问的데이터块（鼠标右键데이터块，选择“属性”，취소“优化的块访问”），如图13所示。 图13. 设置데이터块为非优化访问 当Modbus_Master指令的“데이터_PTR”指向非优化访问的데이터块时，该입력매개변수需要使用指针방식填写如P#DB3.DBX0.0 WORD 5 방식填写。 ④ 当Modbus RTU네트워크中存在多个modbus RTU슬레이브或一个modbus RTU슬레이브同时需要读操作和写操作，则需要调用多个Modbus_Master指令，Modbus_Master指令之间需要采用轮询방식调用。 下图14用于설명两个Modbus_Master指令轮询调用的방식。 图14.Modbus_Master轮询调用방식 b、插入"Pull or plug of modules" 中断OB83。 本例中Modbus RTU마스터模块安装在분산형IO站点上，因此程序中需要考虑분산형IO站点故障、CM PTP 模块插拔模块等故障。 분산형IO站点中插出、拔入模块时，操作系统都会调用一次OB83。通过OB83인터페이스区的입력변수“16#Event_Class”判断故障的模块和유형：事件유형16#39表示模块被拔出，事件유형16#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통신模块进行重新구성(SCADA)，如图15所示。 图15. OB83中再次调用Modbus_Comm_Load 指令 注意 ① OB83 中调用Modbus_Comm_Load指令的背景데이터块需要与OB1中调用的Modbus_Comm_Load指令的背景데이터块相同。 ② CM PTP模块的硬件标识符也可以在"PLC변수"--->"系统상수"中查询，如图16. 所示。 图16. 系统常量 c、插入"Rack or Station failure" 中断OB86。 분산형IO站点故障和恢复时，操作系统都会调用一次OB86。通过OB86인터페이스区的입력변수“16#Event_Class”判断故障的模块和유형：事件유형16#39表示站点故障，事件유형16#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통신模块进行重新구성(SCADA)，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데이터块需要与OB1中调用的Modbus_Comm_Load指令的背景데이터块相同。 ② 분산형IO 站点的硬件标识符也可以在"PLC변수"--->"系统상수"中查询。 2 Modbus RTU 슬레이브编程 Modbus RTU슬레이브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 RTU프로토콜对통신模块进行구성(SCADA)，Modbus_Slave指令可通过由Modbus_Comm_Load指令구성(SCADA)的포트作为Modbus슬레이브进行통신，Modbus_Comm_Load指令的MB_DB매개변수必须연결到Modbus_Slaver指令的（静态）MB_DB매개변수。 本例中CPU机架CM1241 RS422/485作为Modbus RTU슬레이브，其相关编程步骤如下： 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 슬레이브指令 Modbus_Slave指令各매개변수意义如下表3所示：

引脚	설명
MB_ADDR	Modbus 슬레이브的표준寻址： 표준寻址范围（1 到 247） 扩展寻址范围（0 到 65535）
MB_HOLD_REG	데이터指针，指向Modbus 유지 레지스터的주소， Modbus 유지 레지스터可以为M存储区或DB데이터区。 如果Modbus 유지 레지스터为DB데이터区，则DB데이터区支持优化访问的데이터块或非优化访问的데이터块，建议采用非优化访问的데이터块。
NDR	可用的新데이터： · FALSE - 无新데이터 · TRUE – 表示新데이터已由 Modbus 마스터쓰기 如果上一个请求完成并且没有错误，NDR 位将变为 TRUE 并保持一个周期。
DR	읽기데이터： · FALSE - 无新데이터 · TRUE –表示该指令已将 Modbus 마스터수신到的데이터存储在目标区域中。 如果上一个请求完成并且没有错误，DR 位将变为 TRUE 并保持一个周期。
ERROR	如果上一个请求完成出错，则 ERROR 位将变为 TRUE 并保持一个周期。如果执行因错误而终止，则 STATUS 매개변수中的错误代码仅在 ERROR = TRUE 的周期内有效。
STATUS	错误代码

表3 Modbus_Slave指令매개변수意义 注意 ① Modbus_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입력位“REQ”需使用上升沿触发，本例中该입력位采用 “FirstScan” 系统存储器位。 ② Modbus_Comm_Load指令背景데이터块中的静态변수“MODE”用于설명PTP模块的工作모드，有效的工作모드包括： · 0 = 全双工 (RS232) · 1 = 全双工 (RS422) 四线制모드（点对点） · 2 = 全全双工 (RS 422) 四线制모드（多点마스터，CM PtP (ET 200SP)） · 3 = 全全双工 (RS 422) 四线制모드（多点슬레이브，CM PtP (ET 200SP)） · 4 = 半双工 (RS485) 二线制모드 该静态변수“MODE”默认데이터为0（RS232 全双工모드），需要根据CM1241 RS422/485模块实际구성(SCADA)修改该数值，本例中CM1241 RS422/485模块工作在RS485半双工모드需要将该数值修改为4，如何修改“MODE”静态변수见图12.所示。 ③ Modbus_Slave指令的“MB_HOLD_REG”用于指向Modbus유지 레지스터的데이터区域주소，该데이터区域支持优化访问的데이터块或者非优化（표준的）데이터块，建议采用非优化访问的데이터块。 本例中使用的데이터区为非优化访问的데이터块，固该입력매개변수需要使用指针방식填写如P#DB6.DBX0.0 WORD 100 방식填写。 如何在데이터块的属性中취소“优化的块访问”，见图13. 所示。 将程序下载到PLC中，并使用Profibus DP통신电缆将CM1241 RS422/485与CM PTP시리얼 포트模块연결起来，即可测试Modbus RTU통신了。 三、常见문제汇总 1. 신버전本 Modbus RTU指令的使用是否存在些限制条件? 신버전本 Modbus RTU指令通过CM1241통신模块或CB1241통신板进行Modbus RTU통신时，需要满足如下条件： a. S7-1200 CPU 的固件버전不能低于V4.1； b. CM1241통신模块或CB1241통신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V4.1버전，V2.0固件的CM1241통신模块也可以通过固件更新的방식更新到V2.1버전。 2 .Modbus_Comm_Load指令背景데이터块中的静态변수“MODE”的作用是什么?为什么一般项目中，都需要对该변수进行修改？ 신버전本的Modbus RTU指令扩展了Modbus RTU的功能，该指令除了支持CM1241통신模块、CB1241통신板还支持PROFINET或PROFIBUS분산형I/O机架上的PTP통신模块实现Modbus RTU통신。 而분산형I/O机架上的PTP통신模块可以支持多种工作모드，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모드。 Modbus_Comm_Load指令背景데이터块中的静态변수“MODE”则用于定义PTP模块的工作모드。 “MODE”的默认数值为0，代表“全双工 (RS232)”工作모드，实际项目구성(SCADA)中则需要根据实际工作모드对该변수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。신버전本的Modbus RTU指令扩展了Modbus RTU的功能，该指令支持PROFINET或PROFIBUS분산형 I/O 机架上的PtP통신模块实现Modbus RTU통신。 操作系统需要调用읽기데이터记录和쓰기데이터记录等指令来实现与분산형I/O机架上PtP模块的Modbus RTU통신。읽기데이터记录和쓰기데이터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 RTU통신错误时的错误代码? 以Modbus_Master指令为例,当통신出现错误时,Modbus_Master指令的“ERROR”출력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错误。 Modbus_Master指令“STATUS”매개변수中的错误代码仅在“ERROR” = TRUE 的扫描周期内有效，为了获取了Modbus RTU통신错误的错误代码我们可以采用下图19. 방식编程。 图19. 获取通讯错误代码STATUS