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寸柯
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1 如何通过 Modbus RTU 协议实现 S 与 PAC3200 的通信 How to communication between S and PAC3200 meter via Modbus RTU protocol Getting Started Edition (2009 年 12 月 )

2 摘要本文介绍了通过 Modbus 协议实现 S 与 PAC3200 的通信关键词 Modbus 协议,S7-1200,PAC3200 Key Words Modbus RTU protocol,s7-1200,sentron PAC3200 IA&DT Service & Support Page 2-27

3 目录如何通过 Modbus RTU 协议实现 S 与 PAC3200 的通信西门子 SENTRON PAC3200 仪表介绍 SENTRON PAC3200 MODBUS RTU 通信扩展模块介绍 SENTRON PAC3200 MODBUS RTU 通信扩展模块的接线 SENTRON PAC3200 MODBUS RTU 通信的方式西门子 SENTRON PAC3200 仪表与 S 进行通信的接线图硬件需求软件需求 S MODBUS RTU 的通信方式 S 与 PAC3200 进行 MODBUS RTU 的通信组态 PLC 硬件组态 PAC3200 参数设置 S71200 与 PAC3200 的 MODBUS RTU 通信原理与编程的实现 S PLC 与 PAC3200 通过 MODBUS RTU 通信的基本原理 S PLC 与 PAC3200 通过 MODBUS RTU 通信的编程附录 - 推荐网址 IA&DT Service & Support Page 3-27

4 西门子 S 紧凑型 PLC 在当前的市场中有着广泛的应用, 作为经常与 SENTRON PAC3200 系列仪表共同使用的 PLC, 其 Modbus 通信协议的使用一直在市场上有着非常广泛的应用本文将主要介绍如何使用 Modbus 通信协议来实现 S 与 SENTRON PAC3200 仪表的通信 1. 西门子 SENTRON PAC3200 仪表介绍西门子的 SENTRON PAC3200 多功能电力仪表是一种用于面板安装的仪表, 可用来计量显示配电系统多达 50 个测量变量, 例如电压电流功率有功功率频率以及最大值最小值和平均值中文大屏幕图形液晶显示使用户可远距离读表 PAC3200 仪表如下图所示图 1: 仪表 PAC SENTRON PAC3200 MODBUS RTU 通信扩展模块介绍 PAC3200 多功能仪表的本体没有 MODBUS RTU 通信的功能, 如果希望将 PAC3200 作为从站连接到 MODBUS RTU 网络与主站进行数据交换必须选用外部扩展通信模块 SENTRON PAC RS485 模块 ( 注意 : PAC RS485 扩展模块使用错误的固件版本时将不能工作 SENTRON PAC3200 电力监测设备的固件版本最低应为 FWV2.0X 较早的版本不支持 PAC RS485 扩展模块 ) 该扩展模块具有下列性能特点 : 可通过设备正面设置参数即插即用支持 4.8/9.6/19.2 以及 38.4 KBd 通信传输速率通过 6 针螺钉端子接线 IA&DT Service & Support Page 4-27

5 不需要外接辅助电源通过模块上的 LED 显示状态 PAC3200 MODBUS RTU 通信扩展模块如下图所示 (1) 通信接线端子 (2) 安装螺钉 (3) 通风口 (4) LED 图 2:PAC3200 MODBUS RTU 通信模块 1.2 SENTRON PAC3200 MODBUS RTU 通信扩展模块的接线 SENTRON PAC3200 MODBUS RTU 通信扩展模块的接线如下图所示图 3:PAC3200 MODBUS RTU 通信模块的接线图 1. 将电缆连接到端子排上相应的螺栓端子 2. 将电缆屏蔽层的一端连接到保护性接地 PE 3. 将信号公共端连接到保护性接地这样也使得扩展模块接地 4. 在第一个和最后一个通信节点上, 在正信号和负信号之间接入总线端接电阻器为此,PAC RS485 扩展模块中集成了一个 120 Ohm 的总线端接电阻器如果需要其它电阻值, 请使用外部总线端接电阻器将它连接到第一个和最后一个通信节点 IA&DT Service & Support Page 5-27

6 1.3 SENTRON PAC3200 MODBUS RTU 通信的方式 1.SENTRON PAC3200 设备支持的功能码如下 : FC 功能码数据类型访问权限 02 输入的状态位输入 R 03 输出寄存器寄存器输出 R 04 输入寄存器寄存器输入 R 06 单一输出寄存器寄存器输出 RW 10 多个输出寄存器寄存器 - RW 2B 设备识别 - - R R 可读表 1: SENTRON PAC3200 设备支持的功能码 RW 可读写 2.SENTRON PAC3200 MODBUS RTU 与 S 进行通信 S PLC 可以通过功能代码 0x03 和 0x04 访问仪表 PAC3200 的被测量数据下表是一些 PAC3200 被测量的数据表 2: SENTRON PAC3200 设备的一些被测量数据 IA&DT Service & Support Page 6-27

2. 西门子 SENTRON PAC3200 仪表与 S7-1200 进行通信的接线图下图是 SENTRON PAC3200 仪表与 S7-1200 进行 MODBUS RTU 通信的接线图图 4:S7-1200 与 PAC3200 进行

7 2. 西门子 SENTRON PAC3200 仪表与 S 进行通信的接线图下图是 SENTRON PAC3200 仪表与 S 进行 MODBUS RTU 通信的接线图图 4:S 与 PAC3200 进行 MODBUS RTU 进行通信的接线图 3. 硬件需求 S PLC 目前有 3 种类型的 CPU: 1)S7-1211C CPU 2)S7-1212C CPU 3)S7-1214C CPU IA&DT Service & Support Page 7-27

8 这三种类型的 CPU 都可以使用 MODBUS 通信协议通过通信模块 CM1241 RS485 来实现 S 与 PAC3200 仪表的通信本例中使用的 PLC 硬件为 : 1)PM1207 电源 ( 6EP SH71 ) 2) S7-1214C ( 6ES BE30-0XB0 ) 3) CM1241 RS485 ( 6ES CH30-0XB0 ) 4) 模拟器 ( 6ES XH30-0XA0 ) 本例中使用的 PAC3200 仪表硬件为 : 1) PAC3200 (7KM2112-0BA00-3AA0) 2) MODBUS RTU 模块 (7KM9300-0AB00-0AA0) 3) MODBUS 通信电缆 ( 6XV1830-0EH10) 3. 软件需求 1) 编程软件 Step7 Basic V10.5 ( 6ES AA0-0YA0) 4.S MODBUS RTU 的通信方式 S 作为 MODBUS RTU 主站的通信方式是由 DATA_ADDR 和 MODE 参数来选择 Modbus 功能类型的 DATA_ADDR( 从站中的起始 Modbus 地址 ): 指定要在 Modbus 从站中访问的数据的起始地址 MB_MASTER 使用 MODE 输入而非功能代码输入 MODE 和 Modbus 地址范围一起确定实际 Modbus 消息中使用的功能代码 IA&DT Service & Support Page 8-27

9 下表列出了 MB_MASTER 参数 MODE Modbus 功能代码和 Modbus 地址范围之间的对应关系 IA&DT Service & Support Page 9-27

10 表 3: MB_MASTER 的 MODBUS 功能 IA&DT Service & Support Page 10-27

5.S7-1200 与 PAC3200 进行 MODBUS RTU 的通信组态 ` 我们通过一个实例来介绍如何在 Step7 Basic V10.

11 5.S 与 PAC3200 进行 MODBUS RTU 的通信组态 ` 我们通过一个实例来介绍如何在 Step7 Basic V10.5 中组态 S7-1214C 和 PAC3200 的 MODBUS RTU 通信 5. 1 PLC 硬件组态首先在 Step7 Basic V10.5 中建立一个项目, 如图 1 所示图 5: 新建 S 项目在硬件配置中, 添加 CPU1214C 和通信模块 CM1241 RS485 模块, 如图 2 所示图 6: S 硬件配置 IA&DT Service & Support Page 11-27

在 CPU 的属性中, 设置以太网的 IP 地址, 建立 PG 与 PLC 的连接, 如下图所示图 7: S7 1200 IP 地址的设置 5.

波特率的设置范围 :4800,9600,19200,38400 本例中设为 38400 3.

12 在 CPU 的属性中, 设置以太网的 IP 地址, 建立 PG 与 PLC 的连接, 如下图所示图 7: S IP 地址的设置 5. 2 PAC3200 参数设置在 SENTRON PAC 电力监测设备的主菜单中, 调用设置 > RS485 模块, 出现下面的设置画面 : 图 8: PAC3200 MODBUS RTU 通信参数的设置 1. 地址的设置范围 :1-247 本例中设为 8 2. 波特率的设置范围 :4800,9600,19200,38400 本例中设为设置外部通信的数据位奇偶校验位及停止位 : 8E1=8 个数据位, 奇偶校验位为 even, 1 个停止位 8O1=8 个数据位, 奇偶校验位为 odd, 1 个停止位 8N2=8 个数据位, 无奇偶校验位, 8N1=8 个数据位, 无奇偶校验位, 2 个停止位 1 个停止位本例中根据 S MODBUS MASTER 的参数设置为 8N1 4. 协议的设置 : 可选项为 :SEABUS,MODBUS RTU 本例中设为 MODBUS RTU 5. 响应时间的设置 : 注意与波特率的设置相匹配, 本例中设为 10mS IA&DT Service & Support Page 12-27

13 6.S71200 与 PAC3200 的 MODBUS RTU 通信原理与编程的实现 6. 1 S PLC 与 PAC3200 通过 MODBUS RTU 通信的基本原理 S 提供了专用的 MODBUS 库进行 MODBUS 通信, 如下图所示 : 图 9: S 提供的专用 MODBUS 库西门子 PLC S 的模块 CM1241 RS232 和 CM1241 RS485 都可以实现 MODBUS RTU 的通信, 本例中采用 CM1241 RS485 模块来实现与仪表 PAC3200 的 MODBUS RTU 的通信 S 的 MODBUS RTU 通信的基本原理是 : 首先 S PLC 的程序调用一次 MODBUS 库中的功能块 MB_COMM_LOAD 来组态 CM1241 RS232 和 CM1241 RS485 模块上的端口, 对端口的参数进行配置其次调用 MODBUS 库中的功能块 MB_MASTER 或者 MB_SLAVE 作为 MODBUS 主站或者从站与支持 MODBUS 协议的设备进行通信 IA&DT Service & Support Page 13-27

S7-1200 PLC 作为 MODUBUS 主站与 PAC3200 进行 MODBUS RTU 通信的控制原理如下图所示 : 图 10:S7-1200

14 S PLC 作为 MODUBUS 主站与 PAC3200 进行 MODBUS RTU 通信的控制原理如下图所示 : 图 10:S PLC 作为 MODUBUS 主站与 PAC3200 进行 MODBUS RTU 通信原理 IA&DT Service & Support Page 14-27

S7-1200 PLC 还可以作为 MODBUS 子站与作为 MODBUS 主站之间的 PLC 进行 MODBUS RTU 通信, 其控制原理如下图所示 : 图 11:S7-1200 PLC 作为 MODBUS 子站与作为 MODBUS 主站之间的 PLC 进行 MODBUS RTU

15 S PLC 还可以作为 MODBUS 子站与作为 MODBUS 主站之间的 PLC 进行 MODBUS RTU 通信, 其控制原理如下图所示 : 图 11:S PLC 作为 MODBUS 子站与作为 MODBUS 主站之间的 PLC 进行 MODBUS RTU 的通信原理每个 S CPU 最多可带 3 个通信模块, 而每个 CM1241 RS485 通信模块理论上最多支持 247 个 MODBUS 子站但是在实际应用时需要考虑 CPU 的性能以及轮循 MODBUS 子站的时间 IA&DT Service & Support Page 15-27

6. 2 S7 1200 PLC 与 PAC3200 通过 MODBUS RTU 通信的编程 1.

16 6. 2 S PLC 与 PAC3200 通过 MODBUS RTU 通信的编程 1.MODBUS RTU 通信接口参数的编程 MB_COMM_LOAD 功能块用于组态点对点 (PtP, Point-to-Point) CM 1241RS485 或 CM 1241 RS232 模块上的端口, 以进行 Modbus RTU 协议通信程序开始运行时, 调用一次 MB_COMM_LOAD 功能块, 来实现对 MODBUS RTU 模块的初始化组态 MB_COMM_LOAD 执行一次的编程方式采用如下图所示时钟位 M10.0 来完成图 12:MB_COMM_LOAD 执行一次的编程时钟位的设置 IA&DT Service & Support Page 16-27

MB_COMM_LOAD 功能块的编程如下图所示图 13:MB_COMM_LOAD 功能块的编程 PORT: 指的是通过哪个通信模块进行 MODBUS RTU 通信 BAUD: 指的是和 MODBUS 子站进行通信的速率通信端口的波特率取值范围为 300,600,1200,2400,4800,9600,19200, 38400,57600,76800,115200 注意 : 仪表

17 MB_COMM_LOAD 功能块的编程如下图所示图 13:MB_COMM_LOAD 功能块的编程 PORT: 指的是通过哪个通信模块进行 MODBUS RTU 通信 BAUD: 指的是和 MODBUS 子站进行通信的速率通信端口的波特率取值范围为 300,600,1200,2400,4800,9600,19200, 38400,57600,76800, 注意 : 仪表 PAC3200 的波特率的设置范围 :4800,9600,19200,38400 因此上 S 的波特率的设置一定要和仪表 PAC3200 的波特率的设置相一致 MB_DB: 对 MB_MASTER 或 MB_SLAVE 指令所使用的背景数据块的引用在用户程序中放置 MB_SLAVE 或 MB_MASTER 后,DB 标识符会出现在 MB_DB 功能框连接的助手下拉列表中如 MB_MASTER_DB 或 MB_SLAVE_DB IA&DT Service & Support Page 17-27

18 STATUS: 端口状态代码具体含义如下表所示表 4: MB_COMM_LOAD 组态端口的状态代码 IA&DT Service & Support Page 18-27

2.MODBUS_MASTER 功能块的编程 MB_MASTER 功能块允许程序作为 Modbus 主站使用点对点 (PtP, Point-to-Point) CM 1241 RS485 或 CM 1241RS232 模块上的端口进行通信可访问一个或多个 Modbus 从站设备中的数据 MB_MASTER 功能块的编程如下图所示图 14:MB_MASTER 功能块的编程 REQ:

19 2.MODBUS_MASTER 功能块的编程 MB_MASTER 功能块允许程序作为 Modbus 主站使用点对点 (PtP, Point-to-Point) CM 1241 RS485 或 CM 1241RS232 模块上的端口进行通信可访问一个或多个 Modbus 从站设备中的数据 MB_MASTER 功能块的编程如下图所示图 14:MB_MASTER 功能块的编程 REQ: 数据发送请求信号 0- 无请求 1- 请求将数据传送到 MODBUS 从站 MB_ADR: 通信对象 MODBUS 从站的地址有效地址范围为值 0 被保留用于将消息广播到所有 Modbus 从站只有 Modbus 功能代码和 16 是可用于广播的功能代码注意 : 此处 MODBUS 从站的地址一定要与仪表 PAC3200 的 MODBUS 地址相一致 IA&DT Service & Support Page 19-27

20 MODE: 模式选择选择范围为 : 读写诊断 DATA_ADDR: 从站中的起始地址 : 指定要在 Modbus 从站中访问的数据的起始地址特别注意的是 : 由于仪表 PAC3200 的寄存器与 S MODBUS RTU 寄存器的不一致性, 读取仪表 PAC3200 的 DATA_ADDR 的地址必须从开始注意 : S 的 MODBUS RTU 通信功能是通过使用 DATA_ADDR 和 MODE 的组合来选择 MODBUS 功能码, 如下表所示表 5: S 的 MODBUS RTU 通信功能码而仪表 PAC3200 MODBUS RTU 通信功能则是通过功能码来实现的, 如下表所示 FC 功能码数据类型访问权限 02 输入的状态位输入 R 03 输出寄存器寄存器输出 R 04 输入寄存器寄存器输入 R 06 单一输出寄存器寄存器输出 RW 10 多个输出寄存器寄存器 - RW 2B 设备识别 - - R 表 6: 仪表 PAC3200 MODBUS RTU 通信功能码 IA&DT Service & Support Page 20-27

21 因此从上述可以得出如果需要读取输出寄存器的值时, 需要使用模式 0 的 03H 功能, 即从寄存器到来读取仪表的数据, 但是由于仪表 PAC3200 的寄存器与 S MODBUS RTU 寄存器的不一致性, 读取仪表 PAC3200 的 DATA_ADDR 的地址必须从开始 DATA_LEN: 请求访问数据的长度位数或字节数 DATA_PTR: 数据指针 : 指向要写入或读取的数据的 CPU DB 地址该 DB 必须为非仅符号访问 DB 类型 NDR: 新数据就绪 : 0 事务未完成 1 表示 MB_MASTER 指令已完成所请求的有关 Modbus 从站的事务 BUSY: 忙 : 0 无正在进行的 MB_MASTER 事务 1 MB_MASTER 事务正在进行 ERROR: 错误 : 0 - 未检测到错误 1 表示检测到错误并且参数 STATUS 提供的错误代码有效 STATUS: 状态代码, 如下表所示 IA&DT Service & Support Page 21-27

22 表 7: MB_MASTER 进行 MODBUS RTU 通信的状态代码 IA&DT Service & Support Page 22-27

在成功地编译下载到在 S7-1200 PLC 中后, 可以从变量表中看到仪表 PAC3200 的三相相电压数据, 如下图所示图 15: 在 S7-1200 中通过 MODBUS RTU 通信得到的仪表 PAC3200 的三相相电压数据 Modbus 主站通信规则 : 必须先执行 MB_COMM_LOAD 组态端口, 然后 MB_MASTER 指令才能与该端口通信如果要将某个端口用于初始化

23 在成功地编译下载到在 S PLC 中后, 可以从变量表中看到仪表 PAC3200 的三相相电压数据, 如下图所示图 15: 在 S 中通过 MODBUS RTU 通信得到的仪表 PAC3200 的三相相电压数据 Modbus 主站通信规则 : 必须先执行 MB_COMM_LOAD 组态端口, 然后 MB_MASTER 指令才能与该端口通信如果要将某个端口用于初始化 Modbus 主站的请求, 则 MB_SLAVE 将不能使用该端口 MB_MASTER 执行的一个或多个实例可使用该端口 Modbus 指令不使用通信中断事件来控制通信过程用户程序必须轮询 MB_MASTER 指令以了解传送和接收的完成情况如果用户程序操作 Modbus 主站并使用 MB_MASTER 向从站发送请求, 则用户必须继续轮询 ( 执行 MB_MASTER) 直到返回从站的响应请从同一个 OB( 或 OB 优先等级 ) 调用指定端口的所有 MB_MASTER 执行 IA&DT Service & Support Page 23-27

3.MODBUS_SLAVE 功能块的编程由于 S7-1200 与 PAC3200 进行 MODBUS RTU 通信, 没有使用 MODBUS_SLAVE 功能块, 因此在此只作简单介绍 MB_SLAVE 指令允许程序作为 Modbus 从站使用点对点 (PtP, Point-to-Point) CM 1241RS485 或 CM 1241 RS232 模块上的端口进行通信 Modbus RTU

24 3.MODBUS_SLAVE 功能块的编程由于 S 与 PAC3200 进行 MODBUS RTU 通信, 没有使用 MODBUS_SLAVE 功能块, 因此在此只作简单介绍 MB_SLAVE 指令允许程序作为 Modbus 从站使用点对点 (PtP, Point-to-Point) CM 1241RS485 或 CM 1241 RS232 模块上的端口进行通信 Modbus RTU 主站可以发出请求, 然后程序通过执行 MB_SLAVE 来响应在程序中放置 MB_SLAVE 指令时, 必须分配唯一的背景数据块指定 MB_COMM_LOAD 指令中的 MB_DB 参数时会用到该 MB_SLAVE 背景数据块名称 Modbus 通信功能代码 ( 和 15) 可以在 PLC 输入过程映像及输出过程映像中直接读写位和字图 16:MB_SLAVE 功能块 MB_ADDR:Modbus RTU 地址 (1 到 247):Modbus 从站的站地址 MB_HOLD_REG: 指向 Modbus 保持寄存器 DB 的指针保持寄存器 DB 必须为典型的全局 DB 注意 : 在创建此数据块时, 请不要选择 Symbolic address only 仅通过符号地址访问使用 MB_SLAVE 指令时, NDR: 新数据就绪 : 0 无新数据 1 表示 Modbus 主站已写入新数据 DR: 数据读取 : 0 无数据读取 1 表示 Modbus 主站已读取数据 ERROR: 错误 : 0 - 未检测到错误 1 表示检测到错误并且参数 STATUS 提供的错误代码有效 IA&DT Service & Support Page 24-27

25 STATUS: 错误代码如下表所示表 8: MB_SLAVE 进行 MODBUS RTU 通信的状态代码 IA&DT Service & Support Page 25-27

26 附录 - 推荐网址自动化系统西门子 ( 中国 ) 有限公司工业自动化与驱动技术集团客户服务与支持中心网站首页 : 自动化系统下载中心 : 自动化系统全球技术资源 : 找答案自动化系统版区 : 驱动技术西门子 ( 中国 ) 有限公司工业自动化与驱动技术集团客户服务与支持中心网站首页 : 驱动技术下载中心 : 驱动技术全球技术资源 : 找答案驱动技术版区 : IA&DT Service & Support Page 26-27

27 注意事项应用示例与所示电路设备及任何可能结果没有必然联系, 并不完全相关应用示例不表示客户的具体解决方案它们仅对典型应用提供支持用户负责确保所述产品的正确使用这些应用示例不能免除用户在确保安全专业使用安装操作和维护设备方面的责任当使用这些应用示例时, 应意识到西门子不对在所述责任条款范围之外的任何损坏 / 索赔承担责任我们保留随时修改这些应用示例的权利, 恕不另行通知如果这些应用示例与其它西门子出版物 ( 例如, 目录 ) 给出的建议不同, 则以其它文档的内容为准声明我们已核对过本手册的内容与所描述的硬件和软件相符由于差错难以完全避免, 我们不能保证完全一致我们会经常对手册中的数据进行检查, 并在后续的版本中进行必要的更正欢迎您提出宝贵意见版权西门子 ( 中国 ) 有限公司版权保留复制传播或者使用该文件或文件内容必须经过权利人书面明确同意侵权者将承担权利人的全部损失权利人保留一切权利, 包括复制发行, 以及改编汇编的权利西门子 ( 中国 ) 有限公司 IA&DT Service & Support Page 27-27

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