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波矛包
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1 操作指南 11 月 2014 年 Step7 中使用 ET200MP/SP PTP 模块的 Modbus RTU 通信入门

2 目录 1 Modbus RTU 通讯概述 S7-300 的分布式 IO 中使用 ET200SP 的 ptp 模块硬件和软件需求硬件接线 Modbus master 协议通信编写通信程序下载程序通信测试 Modbus slave 协议通信编写通信程序下载程序通信测试

3 1 Modbus RTU 通讯概述 Modbus 通信协议是 OSI 模型第 7 层上的应用层报文传输协议, 是一种广泛应用的公开协议, 它已经成为一种通用的工业标准不同厂商生产的控制设备可以通过 Modbus 通信协议连接到工业网络, 进行集中控制其具有两种串行传输模式, ASCII 和 RTU 它们定义了数据如何打包解码的不同方式通信双方必须同时支持上述模式中的一种, 通常支持 Modbus 通信的设备大都支持 RTU 格式 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存在, 主站在 Modbus 网络上没有地址, 从站的地址范围为 0-247, 其中 0 为广播地址, 从站的实际地址范围为在实现 Modbus 通信方面, 西门子 AS 产品中, 分布式 IO ET200SP/ET200MP 系列都推出了 PTP 模块, 包含 RS 232,RS 422 和 RS 485 接口, 并且都可以安装在分布式 IO 上, 通过 Profibus 或 Profinet 的方式与主站相连, 此种方案很适合比较大型系统进行的 Modbus 通信设计和改造 ( 特别需要注意的是, ET200MP 所带的 PTP 模块也可以直接和 S CPU 安装在一个机架上使用 ) 本文将通过简单的 Modbus 主从通信例程, 并配合软件 modscan32 和 modsim32 做通信测试, 描述在 STEP7 软件中, 如何实现 S7-300/400 通过分布式 IO ET200SP/ET200MP 的 PTP 模块做 modbus rtu 通信注意 : 由于 ET200MP PTP 模块和 ET200SP PTP 模块的使用完全一致, 故本文中的实验都使用 ET200SP PTP 模块进行测试 3

4 2 S7-300 的分布式 IO 中使用 ET200SP 的 ptp 模块 2.1 硬件和软件需求名称数量订货号电源模块 PS ES EA00-0AA0 CPU 315-2PN/DP 1 6ES EH14-0AB0 ET200SP IM155-6 PN ST 1 6ES AU00-0BN0 ET200SP CM PTP 1 6ES AA00-0BA0 PC, 带 232 串口 1 RS232 转 RS485 转换器 1 网线若干表 2-1 硬件订货信息名称 Step7 v5.5 sp4 订货号 6ES CC10-0KA5 Modscan32 用于在 PC 中模拟主站 Modsim32 用于在 PC 中模拟从站表 2-2 软件订货信息需要注意的是, 如果要在 SIMATIC S7-300/400 PLC 上的 ET200MP/SP 分布式 IO 中使用 PTP 模块, 并且在 Step7 v5.5 中对这些模块进行组态, 则需要使用下面的库 : 打开上述链接, 下载库 PtP 通信和 MODBUS(RTU), 解压缩后, 将这两个库指令复制到 step7 对应的库文件夹中, 如图 2-1 所示 : 4

5 图 2-1 指令库路径然后, 打开 Step7, 将上述的两个库都打开, 使其出现在库指令列表中, 如图 2-2 所示 : 图 2-2 打开指令库 5

2.2 硬件接线对于 ET200SP/ET200MP 的 PTP 模块接线, 请参考模块手册 SIMATIC ET200SP CM PtP RS232/422/485 手册 : http://support.automation.

6 2.2 硬件接线对于 ET200SP/ET200MP 的 PTP 模块接线, 请参考模块手册 SIMATIC ET200SP CM PtP RS232/422/485 手册 : SIMATIC S CM PtP RS422/485 HF 手册 : SIMATIC S CM PtP RS232 HF 手册 : 本例中使用的 ET200SP CM PTP 模块, 测试时使用 RS485 接口, 根据手册中的信息, 端子 14 为信号正极, 端子 12 为信号负极 ; 接线方式, 如图 2-3 和 2-4 所示 : 图 2-3 RS422/485 连接端子图图 2-4 RS232 连接端子图 6

7 本例测试系统的硬件连接如图 2-5 所示 : Copyright Siemens 图 2-5 系统的硬件结构 2.3 Modbus master 协议通信 (1) 硬件配置按照图 2-5 硬件配置图进行连接, 配置一套 S7-300 PLC 连接 ET200SP 系统作为 Modbus 主站,ET200SP CM PTP 和 PC 端的 RS232/RS485 接口相连, 以便使用模拟软件进行通信测试 PC 的以太网接口和 S7-300 的 PN 接口相连 (2) 系统组态及参数设置在 Step7 新建一个项目, 插入一个 S7-300 站点, 命名为 SIMATIC 300_master, 然后在硬件组态中插入 CPU 和 ET200SP, 并配置 profinet 网络,CPU300 PN 接口 IP: ;ET200SP 的接口模块的 IP: 如图 2-6 所示 : 7

8 图 2-6 硬件组态编写通信程序 (1)OB1 编程在项目的 OB1 组织块中依次添加如下指令块, 然后再从 OB1 中删除, 因为 MODBUS 通讯需要用到以下功能块如图 2-7 8

9 图 2-7 调用 PtP 指令继续在 OB1 中添加 Modbus RTU 初始化功能块 Modbus_Comm_Load, 为其创建背景块 DB640 Load 如下图 2-8 所示 : 9

10 图 2-8 添加 Modbus_Comm_Load 功能块然后在下一个网络中添加主站操作指令 Modbus_Master, 为其创建背景块 DB641 Master 如下图 2-9 所示 : 图 2-9 添加 Modbus_Master 功能块功能块 Modbus_Master 的主要管脚参数如下表 2-3 所示 : 10

11 管脚 Modbus_Master 数据类型声明的管脚参数 REQ 输入 Bool 含义 0: 无请求 ;1: 请求向 Modbus 从站发送数据 MB_ADDR 输入 UInt MODE 输入 USInt Modbus RTU 站地址 : 标准地址范围 (1 到 247 以及 0, 用于 Broadcast) 扩展地址范围 (1 到以及 0, 用于 Broadcast) 值 0 为将帧广播到所有 Modbus 从站预留广播仅支持 Modbus 功能代码和 16 模式选择 : 指定请求类型 ( 读取写入或诊断 ) DATA_ADDR 输入 UDInt 从站中的起始地址 : 指定在 Modbus 从站中访问的数据的起始地址 DATA_LEN 输入 UInt 输入数据长度 : 指定此指令将访问的位或字的个数 Modbus_Master 指令的初始化 : 指令 COM_RST / 输 Bool 在 TRUE 时执行随后会将出 COM_RST 复位为 FALSE DATA_PTR 输入 Any 输出数据指针 : 指向要进行数据写入或数据读取的标记或数据块地址如果上一个请求完成并且没有错误, DONE Bool DONE 位将变为 TRUE 并保持一个周期输出 FALSE Modbus_Master 无激活命 BUSY Bool 令 TRUE Modbus_Master 命令执行中 ERROR 输出 Bool 如果上一个请求完成出错, 则 ERROR 11

12 位将变为 TRUE 并保持一个周期 STATUS 参数中的错误代码仅在 ERROR = TRUE 的周期内有效 STATUS 输出 Word 通信状态信息, 用于诊断表 2-3 功能块 Modbus_Master 的管脚参数 (2)modbus 地址对应关系 Modbus_Master 指令使用 MODE 输入, 不使用功能代码输入 MODE 和 DATA_ADDR 结合使用可指定在实际 Modbus 帧中使用的功能代码下表显示了 MODE 参数 Modbus 功能代码和 DATA_ADDR 中 Modbus 地址范围之间的关系表 2-4 modbus 地址功能码对应关系 (3) 选择接口类型和创建数据块 ET200SP CM PTP 模块支持 RS 232,RS 422 和 RS 485 接口, 根据通信对象的不同, 需要将模块设置为不同的工作模式, 有效的工作模式包括 : 0 = 全双工 (RS232) 12

1 = 全双工 (RS422) 四线制操作 ( 点对点 ) Copyright Siemens 2 = 全双工 (RS 422) 四线制模式 ( 多点主站,CM PtP (ET 200SP)) 3 = 全双工 (RS 422) 四线制模式 ( 多点从站,CM PtP (ET 200SP)) 4 = 半双工 (RS485) 二线制模式本例中以 485 为例, 则需要在功能块

13 1 = 全双工 (RS422) 四线制操作 ( 点对点 ) Copyright Siemens 2 = 全双工 (RS 422) 四线制模式 ( 多点主站,CM PtP (ET 200SP)) 3 = 全双工 (RS 422) 四线制模式 ( 多点从站,CM PtP (ET 200SP)) 4 = 半双工 (RS485) 二线制模式本例中以 485 为例, 则需要在功能块 Modbus_Comm_Load 的背景块 DB640 中找到 MODE 参数, 并将其启动值改为 4 如图 2-10 所示 : 图 2-10 修改 ET200SP CM PTP 模块工作模式然后, 创建一个全局数据块用于匹配功能块 MB_Master 的管脚参数 DATA_PTR, 本例中创建 100 个字的数组数据块 DB1, 用于存储保持寄存器的通信数据, 本例中读取的 modbus 地址 40001~40010 中的数据将存放到 DB1 的前 10 个字中如下图 2-11 所示 : 13

图 2-11 创建 DB 块 (4) 调用 OB100 进行初始化在 OB100 中, 分别对初始化指令 Modbus_Comm_Load 和主站指令 Modbus_Master 的引脚 COM_RST 进行置位操作如下图 2-12 所示 : 图 2-12 OB100 编程 (5) 调用 OB86 防止掉站停机本例中使用的 ET200SP 为 PROFINET IO 设备, 为避免由于 IO

14 图 2-11 创建 DB 块 (4) 调用 OB100 进行初始化在 OB100 中, 分别对初始化指令 Modbus_Comm_Load 和主站指令 Modbus_Master 的引脚 COM_RST 进行置位操作如下图 2-12 所示 : 图 2-12 OB100 编程 (5) 调用 OB86 防止掉站停机本例中使用的 ET200SP 为 PROFINET IO 设备, 为避免由于 IO 设备的掉站导致 CPU 停止, 则需要添加组织块 OB86; 并且需要在分布式 IO 设备恢复连接时, 重新初始化 ET200SP CM PTP 模块, 利用 OB86 的临时变量 Event_Class 的状态值对 Modbus_Comm_Load 和 Modbus_Master 指令的 COM_RST 引脚进行置位 ; 同时, 需要复位 Modbus_Comm_Load 的 REQ 引脚到达重新进行初始化的目的如下图 2-13 所示 : 14

15 图 2-13 OB86 编程说明 : 当有分布式 IO 掉站时,OB86 临时变量 Event_Class =B#16#39; 当有分布式 IO 恢复连接时,OB86 临时变量 Event_Class =B#16#38; 更多信息请查看 OB86 组织块的帮助说明下载程序分配设备名称 ( 注 : 如果使用的分布式 IO 是 Profibus DP, 则跳过该步骤 ): 将软件切换到硬件组态, 找到 PN/IE 总线, 查看设备名称是否正确如图所示 : 15

16 图 2-14 分配设备名称图 2-15 确认设备名称和 IP 地址编译并下载程序到 PLC 中通信测试由于 Modbus Master 指令支持功能码 FC1,2,3,4,5,6,15,16, 不同的功能码测试过程类似, 因此本例中的测试以 FC3( 读保持寄存器 ) 为例来说明 16

连接接口选择 Port1, 设置相应的波特率和奇偶校验等参数如图 2-16 所示 : 图 2-16 设置测试软件然后, 在 Step7

17 通讯测试的过程, 本例中读取的 modbus 地址 40001~40010 中的数据将存放到 DB3 的前 10 个字中对于其他功能码的测试将不再重复描述打开 ModSim32 软件, 在 Connection >Connect 中打开连接属性对话框, 连接接口选择 Port1, 设置相应的波特率和奇偶校验等参数如图 2-16 所示 : 图 2-16 设置测试软件然后, 在 Step7 中新建监控表, 添加通信数据区, 在线监控如图 2-17 所示 : 图 2-17 通讯测试 2.4 Modbus slave 协议通信 (1) 硬件配置 17

按照图 2-5 硬件配置图进行连接, 配置一套 S7-300 PLC 连接 ET200SP 系统作为 modbus 从站,ET200SP CM PTP 和 PC 端的 RS232/RS485 接口相连, 以便使用模拟软件进行通信测试 PC 的以太网接口和 S7-300 的 PN 接口相连 (2) 系统组态及参数设置在 Step7 新建一个项目, 插入一个 S7-300 站点, 命名为

18 按照图 2-5 硬件配置图进行连接, 配置一套 S7-300 PLC 连接 ET200SP 系统作为 modbus 从站,ET200SP CM PTP 和 PC 端的 RS232/RS485 接口相连, 以便使用模拟软件进行通信测试 PC 的以太网接口和 S7-300 的 PN 接口相连 (2) 系统组态及参数设置在 Step7 新建一个项目, 插入一个 S7-300 站点, 命名为 SIMATIC 300_slave, 然后在硬件组态中插入 CPU 和 ET200SP, 并配置 profinet 网络,CPU300 PN 接口 IP: ;ET200SP 的接口模块的 IP: 如图 2-18 所示 : 图 2-18 硬件组态编写通信程序 (1)OB1 编程在项目的 OB1 组织块中依次添加如下指令块, 然后再从 OB1 中删除, 因为 MODBUS 通讯需要用到以下功能块如图 2-19: 18

19 图 2-19 调用 PtP 指令继续在 OB1 中添加 Modbus RTU 初始化功能块 Modbus_Comm_Load, 为其创建背景块 DB640 Load 如下图 2-20 所示 : 19

20 图 2-20 添加 Modbus_Comm_Load 功能块然后在下一个网络中添加主站操作指令 Modbus_Slave, 为其创建背景块 DB642 Slave 如下图 2-21 所示 : 图 2-21 添加 Modbus_Slave 功能块 20

21 功能块 Modbus_Slave 的主要管脚参数如下表 2-5 所示 : Copyright Siemens Modbus_Slave 的管脚参数管脚声明数据类型含义 Modbus 从站的标准寻址 : MB_ADDR 输入 UInt 标准寻址范围 (1 到 247) 扩展寻址范围 (0 到 65535) 注意 : 0 是广播地址 COM_RST 输入 / 输出 Bool Modbus_Slave 指令的初始化 : 指令在 TRUE 时执行随后会将 COM_RST 复位为 FALSE Modbus 保持寄存器 DB 的指针 : MB_HOLD_REG 输入 Any Modbus 保持寄存器可能为标志或数据块的存储区输出可用的新数据 : NDR Bool FALSE - 无新数据 TRUE 表示新数据已由 Modbus 主站写入如果上一个请求完成并且没有错误,NDR 位将变为 TRUE 并保持一个周期输出读取数据 : DR Bool FALSE - 未读取数据 TRUE - 表示该指令已将 Modbus 主站接收到的数据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 并保持一个周期输出如果上一个请求完成出错, 则 ERROR Bool ERROR 位将变为 TRUE 并保持一个周期 STATUS 参数中的错误代码 21

仅在 ERROR = TRUE 的周期内有效 STATUS 输出 Word 通信状态信息, 用于诊断表 2-5 功能块 Modbus_Slave 的管脚参数 (2) 选择接口类型和创建数据块 ET200SP CM PTP 模块支持 RS 232,RS 422 和 RS 485 接口, 根据通信对象的不同, 需要将模块设置为不同的工作模式, 有效的工作模式包括 : 0 = 全双工

22 仅在 ERROR = TRUE 的周期内有效 STATUS 输出 Word 通信状态信息, 用于诊断表 2-5 功能块 Modbus_Slave 的管脚参数 (2) 选择接口类型和创建数据块 ET200SP CM PTP 模块支持 RS 232,RS 422 和 RS 485 接口, 根据通信对象的不同, 需要将模块设置为不同的工作模式, 有效的工作模式包括 : 0 = 全双工 (RS232) 1 = 全双工 (RS422) 四线制操作 ( 点对点 ) 2 = 全双工 (RS 422) 四线制模式 ( 多点主站,CM PtP (ET 200SP)) 3 = 全双工 (RS 422) 四线制模式 ( 多点从站,CM PtP (ET 200SP)) 4 = 半双工 (RS485) 二线制模式本例中以 485 为例, 则需要在功能块 Modbus_Comm_Load 的背景块 DB640 中找到 MODE 参数, 并将其启动值改为 4 如图 2-22 所示 : 图 2-22 修改 ET200SP CM PTP 模块工作模式 22

Modbus_Slave 的管脚参数 MB_HOLD_REG 定义的 DB 块关联, 其对应如下表 2-6 所示 : 表 2-6 Modbus 的寄存器地址映射表对于其它数据类型, 如线圈

23 然后, 创建一个全局数据块用于匹配功能块 MB_Slave 的管脚参数 MB_HOLD_REG, 本例中创建数据块 DB1, 用于对应 modbus 保持寄存器, 本例中 DB1 定义了 100 个字的数组对应于 modbus 地址 40001~40100 如下图 2-23 所示 : 图 2-23 创建 DB 块 (3)modbus 地址对应关系上面提到保持寄存器是由功能块 Modbus_Slave 的管脚参数 MB_HOLD_REG 定义的 DB 块关联, 其对应如下表 2-6 所示 : 表 2-6 Modbus 的寄存器地址映射表对于其它数据类型, 如线圈离散输入模拟量输入等通过功能块均已经与 S7-300 的过程映像区进行了映射, 其映射地址对应如下表 2-7 所示 : 表 2-7 Modbus 地址映射表 (4) 调用 OB100 进行初始化 23

在 OB100 中, 分别对初始化指令 Modbus_Comm_Load 和主站指令 Modbus_Slave 的引脚 COM_RST 进行置位操作如下图 2-24 所示 : 图 2-24 OB100 编程 (5) 调用 OB86 防止掉站停机本例中使用的 ET200SP 为 PROFINET IO 设备, 为避免由于 IO 设备的掉站导致 CPU 停止, 则需要添加组织块 OB86;

24 在 OB100 中, 分别对初始化指令 Modbus_Comm_Load 和主站指令 Modbus_Slave 的引脚 COM_RST 进行置位操作如下图 2-24 所示 : 图 2-24 OB100 编程 (5) 调用 OB86 防止掉站停机本例中使用的 ET200SP 为 PROFINET IO 设备, 为避免由于 IO 设备的掉站导致 CPU 停止, 则需要添加组织块 OB86; 并且需要在分布式 IO 设备恢复连接时, 重新初始化 ET200SP CM PTP 模块, 利用 OB86 的临时变量 Event_Class 的状态值对 Modbus_Comm_Load 和 Modbus_ Slave 指令的 COM_RST 引脚进行置位 ; 同时, 需要复位 Modbus_Comm_Load 的 REQ 引脚到达重新进行初始化的目的如下图 2-25 所示 : 24

25 图 2-25 OB86 编程说明 : 当有分布式 IO 掉站时,OB86 临时变量 Event_Class =B#16#39; 当有分布式 IO 恢复连接时,OB86 临时变量 Event_Class =B#16#38; 更多信息请查看 OB86 组织块的帮助说明下载程序分配设备名称 ( 注 : 如果使用的分布式 IO 是 Profibus DP, 则跳过该步骤 ): 将软件切换到网络视图, 找到 PN/IE 总线, 查看设备名称是否正确如图所示 : 25

图 2-26 分配设备名称图 2-27 确认设备名称和 IP 地址编译并下载程序到 PLC 中 2.4.

26 图 2-26 分配设备名称图 2-27 确认设备名称和 IP 地址编译并下载程序到 PLC 中通信测试由于 Modbus Slave 指令支持功能码 FC1,2,3,4,5,6,15,16, 不同的功能码测试过程类似, 因此本例中的测试以 FC3( 读保持寄存器 ) 为例来说明通讯测试的过程, 本例中读取的 modbus 地址 40001~40010 中的数据将存放到 DB3 的前 10 个字中对于其他功能码的测试将不再重复描述 26

27 打开 ModScan32 软件, 在 Connection >Connect 中打开连接属性对话框, 连接接口选择 Port1, 设置相应的波特率和奇偶校验等参数如图 2-28 所示 : 图 2-28 设置测试软件然后, 在 Step7 中新建监控表, 添加通信数据区, 在线监控如图 2-29 所示 : 图 2-29 通讯测试 27

Microsoft Word - 如何通过Modbus协议实现S7-1200与 SENTRON PAC3200的通信.doc

Microsoft Word - 如何通过Modbus协议实现S7-1200与 SENTRON PAC3200的通信.doc 如何通过 Modbus RTU 协议实现 S7-1200 与 PAC3200 的通信 How to communication between S7-1200 and PAC3200 meter via Modbus RTU protocol Getting Started Edition (2009 年 12 月 ) 摘要本文介绍了通过 Modbus 协议实现 S7-1200 与 PAC3200