基于 S7-300,400 CPU 集成 PN 接口 Modbus TCP 通讯快速入门 ( 更新版本 V2.4) Modbus TCP Communication Base On S7-300/400 CPU Intgrated PN Interface Getting Started(Updat

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泗货束
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1 基于 S7-300,400 CPU 集成 PN 接口 Modbus TCP 通讯快速入门 ( 更新版本 V2.4) Modbus TCP Communication Base On S7-300/400 CPU Intgrated PN Interface Getting Started(Update V2.4) Getting-Started Edition (2011 年 1 月 )

2 摘要 2010 年 3 月西门子 Indusdry Solution IT 部门更新了基于 S7-300/400 系统 CPU 的集成 PN 口的 Modbus/TCP 的最新版本软件选项包 MobusTCP PN-CPU V2.4, 本文主要介绍了通过 S7-300/400 CPU 的集成 PN 接口进行 Modbus TCP 的通讯原理, 并以 Modscan32 和 Modbus slave 软件为例模拟第三方设备详细介绍如何配置与 CPU 的集成 PN 接口进行 Modus TCP 通讯, 希望通过本文档, 能够给读者 S7-300/400 CPU 集成 PN 口的 Modbus TCP 通讯入门指导关键词 S7-300/400, 带集成 PN 口的 CPU, 开放式以太网通讯,Modbus TCP, 保持寄存器, 输入寄存器, 读写, 服务器, 客户端, 地址映射,Modscan32,Modbus Slave,MobusTCP PN- CPU V2.4 软件选项包 Key Words S7-300/400,CPU With Intgrated PN Interface,Open IE Communication, Modbus TCP,Holding Register,Input Register,Read/Write,Server,Clent, Adress Mapping,Modscan32,Modbus Slave, MobusTCP PN-CPU V2.4 Software Packet IA&DT Service & Support Page 2-36

3 目录 1 Modbus TCP 通讯概述通讯所使用的以太网参考模型 Modbus TCP 数据帧 Modbus TCP 使用的通讯资源端口号 Modbus TCP 使用的功能代码 Modbus TCP 通讯应用举例 SIMATIC S7-300/400 系统 Modbus/TCP 通讯概述 S7-300/400 系统 Modbus/TCP 通讯产品概述 ModbusTCP PN-CPU V2.4 软件选项包使用概述 ModbusTCP PN-CPU V2.4 块库使用说明 ModbusTCP PN-CPU V2.4 选项包硬件和软件需求 ModbusTCP PN-CPU V2.4 软件选项包与 step7 集成概况配置 S7-400 单站系统通过 CPU 集成 PN 口作为 Server 进行 Modbus TCP 通讯例子中使用的硬件设备及软件 S7-400 系统及 Modscan32 软件组态通讯测试配置 S7-400 单站系统通过 CPU 集成 PN 口作为 Client 进行 Modbus TCP 通讯例子中使用的硬件设备及软件 S7-400 单站系统与 Modbus Slave 软件组态通讯测试 ModbusTCP PN-CPU V2.4 选项包通讯使用总结及相关注意事项附表一 CPU 集成 PN 口进行 Modbus TCP 通讯 FB 输出常见故障代码及处理 IA&DT Service & Support Page 3-36

4 1 Modbus TCP 通讯概述 MODBUS/TCP 是简单的中立厂商的用于管理和控制自动化设备的 MODBUS 系列通讯协议的派生产品, 显而易见, 它覆盖了使用 TCP/IP 协议的 Intranet 和 Internet 环境中 MODBUS 报文的用途协议的最通用用途是为诸如 PLC s,i/o 模块, 以及连接其它简单域总线或 I/O 模块的网关服务的. MODBUS/TCP 使 MODBUS_RTU 协议运行于以太网,MODBUS TCP 使用 TCP/IP 和以太网在站点间传送 MODBUS 报文,MODBUS TCP 结合了以太网物理网络和网络标准 TCP/IP 以及以 MODBUS 作为应用协议标准的数据表示方法 MODBUS TCP 通信报文被封装于以太网 TCP/IP 数据包中与传统的串口方式,MODBUS TCP 插入一个标准的 MODBUS 报文到 TCP 报文中, 不再带有数据校验和地址 1.1 通讯所使用的以太网参考模型 Modbus TCP 传输过程中使用了 TCP/IP 以太网参考模型的 5 层 : 第一层 : 物理层, 提供设备物理接口, 与市售介质 / 网络适配器相兼容第二层 : 数据链路层, 格式化信号到源 / 目硬件址数据帧第三层 : 网络层, 实现带有 32 位 IP 址 IP 报文包第四层 : 传输层, 实现可靠性连接传输查错重发端口服务传输调度第五层 : 应用层,Modbus 协议报文. 1.2 Modbus TCP 数据帧 Modbus 数据在 TCP/IP 以太网上传输, 支持 Ethernet II 和两种帧格式,Modbus TCP 数据帧包含报文头功能代码和数据 3 部分,MBAP 报文头 (MBAP Modbus Application Protocol Modbus 应用协议 ) 分 4 个域, 共 7 个字节, 如图 1 所示 : 图 1: MODBUS TCP 报文由于使用以太网 TCP/IP 数据链路层的校验机制而保证了数据的完整性,MODBUS TCP 报文中不再带有数据校验 CHECKSUM, 原有报文中的 ADDRESS 也被 UNIT ID 替代而加在 MODBUS 应用协议报文头中 IA&DT Service & Support Page 4-36

5 1.3 Modbus TCP 使用的通讯资源端口号在 Moodbus 服务器中按缺省协议使用 Port 502 通信端口, 在 Modus 客户器程序中设置任意通信端口, 为避免与其他通讯协议的冲突一般建议 2000 开始可以使用. 1.4 Modbus TCP 使用的功能代码按照使用的通途区分, 共有 3 种类型分别为 : 1) 公共功能代码 : 已定义好功能码, 保证其唯一性, 由 Modbus.org 认可 ; 2) 用户自定义功能代码有两组, 分别为 65~72 和 100~110, 无需认可, 但不保证代码使用唯一性, 如变为公共代码, 需交 RFC 认可 ; 3) 保留功能代码, 由某些公司使用某些传统设备代码, 不可作为公共用途按照应用深浅, 可分为 3 个类别 1) 类别 0, 客户机 / 服务器最小可用子集 : 读多个保持寄存器 (fc.3); 写多个保持寄存器 (fc.16) 2) 类别 1, 可实现基本互易操作常用代码 : 读线圈 (fc.1); 读开关量输入 (fc.2); 读输入寄存器 (fc.4); 写线圈 (fc.5); 写单一寄存器 (fc.6) 3) 类别 2, 用于人机界面监控系统例行操作和数据传送功能 : 强制多个线圈 (fc.15); 读通用寄存器 (fc.20); 写通用寄存器 (fc.21); 屏蔽写寄存器 (fc.22); 读写寄存器 (fc.23) 1.5 Modbus TCP 通讯应用举例在读寄存器的过程中, 以 Modbus TCP 请求报文为例, 具体的数据传输过程如下 : 1) Modbus TCP 客户端实况, 用 Connect() 命令建立目标设备 TCP 502 端口连接数据通信过程 2) 准备 Modbus 报文, 包括 7 个字节 MBAP 内请求 ; 3) 使用 send() 命令发送 ; 4) 同一连接等待应答 ; 5) 同 recv() 读报文, 完成一次数据交换过程 6) 当通信任务结束时, 关闭 TCP 连接, 使服务器可以为其他服务 2 SIMATIC S7-300/400 系统 Modbus/TCP 通讯概述 2.1 S7-300/400 系统 Modbus/TCP 通讯产品概述通过 SIMATIC S7 和第三方设备的建立 MODBUS/TCP 通信时按照产品使用分单站和冗余系统, 对于单站系统, 又分为通过以太网通讯模块 CP 和 CPU 的集成 PN 口两种情况 1) 通过以太网通讯模块 CP343-1 或 CP443-1: 在 S7 控制器通过外部 CP343-1 或 CP443-1 和第三方设备间建立 Modbus/TCP 连接时需要软件选项包 "ModbusTCP CP", 订货号为 2XV9450-1MB00, 单授权 ( 仅对一个 CPU 有效 ), 最新的版本为 V4.1, 支持功能代码和 16, 功能块库及订货号如下图 2 所示 : IA&DT Service & Support Page 5-36

6 图 2: 软件选项包 ModbusTCP CP V4.1 2) 通过 CPU 集成的 PN 接口 : 在 S7 控制器通过 CPU 集成 PN 接口和第三方设备间建立 Modbus/TCP 连接时需要产品软件选项包 "ModbusTCP PN ", 订货号为 2XV9450-1MB02, 最新版本 V2.4, 单授权 ( 仅对一个 CPU 有效 ), 支持功能代码和 16, 对 S7-300 和 S7-400 集成 PN 接口的 CPU 都适用, 功能块库及订货号如下图 3 所示 : 图 3: 软件选项包 ModbusTCP PN-CPU V2.4 3) 通过 S7-400H 冗余系统的 CP443-1: 通过 S7-400H 冗余系统建立第三方设备的 MODBUS/TCP 通信包含两个版本, 对应两个订货号, 两个版本为升级关系, 详细情况如下 : Open Modbus/TCP 冗余系统 V1 版本需要产品软件选项包 ModbusTCP Red V1, 订货为 2XV9450-1MB01, 单授权 ( 仅对一个冗余 CPU 对有效 ), 软件选项包的块库如下图 4 所示 : 图 4: 软件选项 ModbusTCP Red V1 Open Modbus/TCP 冗余系统 V2 版本需要产品软件选项包 ModbusTCP Red V2, 订货为 2XV9450-1MB11, 单授权 ( 仅对一个冗余 CPU 对有效 ), 软件选项包的块库如下图 5 所示 : IA&DT Service & Support Page 6-36

7 图 5: 软件选项 ModbusTCP Red V2 2.2 ModbusTCP PN-CPU V2.4 软件选项包使用概述 ModbusTCP PN-CPU V2.4 块库使用说明 1) 该功能块库可以用于 S7-300/400 单站系统或 ET200 带 CPU 的接口模块通过 CPU 的集成 PN 口进行 ModbusTCP 通讯 2) 由于需要在 SIMATIC 站与其他通讯伙伴之间建立 TCP 连接用于 Modbus 通讯, 而对于 CPU 的集成 PN 口来说使通过 Open IE( 开放式以太网通讯 ) 的方式来建立 TCP 连接, 因此需要调用 SIMATIC S7 标准功能块, 包括 FB63(TSEND) FB64(TRCV) FB65(TCON) FB66(TDISCON) 完成 TCP 的连接管理和数据通讯需要注意的是对于用于 Modbus TCP 的功能块 FB63/64/65/66 有一定的版本要求如下 : FB63(TSEND) V2.1 或更高 FB64(TRCV) V2.2 或更高 FB65(TCON) V2.3 或更高 FB66(TDISCON) V2.1 或更高 3) 通过 S7-CPU 的 PROFINET 接口进行 Modbus TCP 通信时, 需要使用通信块 FB65 "TCON" FB66 "TDISCON" FB63 "TSEND" 和 FB64 "TRCV", 要进行 Modbus TCP 通信, 必须在数据块中为每个连接指定相应的参数, 因此通过 Modbus TCP Wizard 向导软件, 可以非常便捷地指定各连接的参数, 通过 Modbus TCP Wizard, 只需指定各连接类型所需的相应参数, 之后, 该向导将包含有连接描述的所有参数的 DB 导入到 STEP 7 项目中, 向导的安装界面如下图 6 所示, 另外通过软件包安装集成到 Step7 后也有参数 DB, 具体可以根据实际的项目情况来进行调整, 详细地内容将在下面的配置章节中详细描述 IA&DT Service & Support Page 7-36

com/cn/view/zh/31535566 2.2.2 ModbusTCP PN-CPU V2.

8 图 6: Modbus TCP Wizard 起始界面关于 Modbus TCP Wizard 的相关信息及下载可以参考以下连接 : ModbusTCP PN-CPU V2.4 选项包硬件和软件需求所支持硬件和软件需求如下图 7 和图 8 所示 : 图 7: ModbusTCP PN-CPU V2.4 软件包硬件需求 IA&DT Service & Support Page 8-36

9 图 8: ModbusTCP PN-CPU V2.4 软件包软件需求 2.3 ModbusTCP PN-CPU V2.4 软件选项包与 step7 集成概况下面章节将介绍如何使用软件选项包 ModbusTCP PN-CPU V2.4 " 的功能块库配置 S7-300/400 单站系统通过 CPU 的集成 PN 口与第三方模拟软件进行 Modbus/TCP 进行通讯的详细步骤, 实际上当将软件选项包安装完集成到 Step7 时可以在 Step7 安装文件的相应目录中找到块库例程英文手册, 如下图 9-11 所示, 在实际的项目调试过程中由于例子程序的各项功能比较完善, 因此可以直接使用例子程序根据项目的实际情况修改相应的参数即可, 可以节省大量的参数设置时间, 以下主要描述了使用软件选项包 ModbusTCP PN-CPU V2.4" 配置 S7-300/400 站基于 CPU 集成 PN 口进行 Modbus TCP 通讯的详细配置和编程步骤. 图 9: 块库例程英文手册和软件注册的文件夹位置图 10: 例程 ( 注 : 当找不到例程时可以通过 Browse.. 按钮来进行查找 ) IA&DT Service & Support Page 9-36

10 图 11: 功能块库 ( 注 : 当找不到块库时可以通过 Browse.. 按钮来进行查找 ) 3 配置 S7-400 单站系统通过 CPU 集成 PN 口作为 Server 进行 Modbus TCP 通讯下面以 S7-400 单站系统及 Modscan32 软件为例, 详细介绍如何将 S7-400 单站系统通过 CPU 集成 PN 口配置为 Server,Modscan32 为 Client 进行 Modbus TCP 通讯, 下图 12 为服务器功能块库的程序结构及各功能块完成的功能 : IA&DT Service & Support Page 10-36

11 EQ_STRNG : 授权码验证功能块 TCP_COMM : 通过 OPEN IE 方式建立 TCP 连接 TSEND : 数据发送 TDISCON : 断开连接 MODBUSPN : 主功能块, 完成 PN 口的 Modbus TCP 通讯功能 MOD_CLI :PN 口的 Modbus TCP 客户机程序功能块 TCON : 建立 TCP 连接 TRCV : 数据接收 MOD_SERV :PN 口的 Modbus TCP 服务器程序功能块图 12: 服务器功能块库程序结构注 :Modscan32 软件可以从网上免费下载得到, 本例中使用的版本为 V7.0 版, 由于各版本的功能不尽相同, 因此需要注意版本问题 3.1 例子中使用的硬件设备及软件本例中所用的硬件设备如下表 : 名称数量订货号 S7-400 电源模块 PS A 1 6ES7407-0KA01-0AA0 S7-400 CPU414-3PN/DP 1 6ES7414-3EM05-0AB0(V5.2) S7-400 机架 1 6ES7400-1JA00-0AA0 网线笔记本电脑 1 所用到软件如下表 : 若干表 1: 服务器硬件清单名称订货号 STEP7 V5.5 组态编程软件英文版 ModbusTCP PN-CPU V2.4 软件选项包 2XV9450-1MB02 Modscan32 V7.0 表 2: 服务器软件清单 IA&DT Service & Support Page 11-36

12 3.2 S7-400 系统及 Modscan32 软件组态打开 Step7 软件, 新建一个工程项目文件, 命名为 M_TCP_CPU_V2-4(Server), 在项目下插入一个 S7-400 站, 如下图 13 所示 : 图 13: 新建 S7-400 Station 双击插入的 SIMATIC 400 Station 的 Hardware, 打开硬件组态, 在硬件组态界面下分别插入机架, 电源 PS407 CPU414-3PN/DP, 本例中将 CPU 的 PN 口 IP 地址设为 , 如下图 14 所示 : IA&DT Service & Support Page 12-36

图 14: 硬件组态并设置 CP443-1 的 IP 地址由于需要在 SIMATIC 站与其他通讯伙伴之间建立 TCP 连接用于 Modbus 通讯, 而对于 CPU 的集成 PN 口来说须通过 Open IE( 开放式以太网通讯 ) 的方式来建立 TCP 连接, 通过 S7-CPU 的 PROFINET 接口进行 Modbus TCP 通信时, 需要使用通信块

13 图 14: 硬件组态并设置 CP443-1 的 IP 地址由于需要在 SIMATIC 站与其他通讯伙伴之间建立 TCP 连接用于 Modbus 通讯, 而对于 CPU 的集成 PN 口来说须通过 Open IE( 开放式以太网通讯 ) 的方式来建立 TCP 连接, 通过 S7-CPU 的 PROFINET 接口进行 Modbus TCP 通信时, 需要使用通信块 FB65 "TCON" FB66 "TDISCON" FB63 "TSEND" 和 FB64 "TRCV", 要进行 Modbus TCP 通信, 必须在数据块中为每个连接指定相应的参数, 相应得参数在程序中主要由 DB2 MODBUS_PARAM 来完成初始化, 其中各参数的含义如下图所示 : IA&DT Service & Support Page 13-36

通过 OPEN IE 方式创建的 TCP 连接的相关参数设置图 15:DB2 MODBUS_PARAM 的 TCP 连接参数设置部分关于 DB2 MODBUS_PARAM 的 TCP 连接参数含义如下表 3 所示 : 类型参数含义 OPEN IE 通讯参数 block_length Id connection_type active_est local_device_id

14 通过 OPEN IE 方式创建的 TCP 连接的相关参数设置图 15:DB2 MODBUS_PARAM 的 TCP 连接参数设置部分关于 DB2 MODBUS_PARAM 的 TCP 连接参数含义如下表 3 所示 : 类型参数含义 OPEN IE 通讯参数 block_length Id connection_type active_est local_device_id local_tsap_id_len 固定值 W#16#40 连接 ID, 用于 FB63/64/65/66 取决于 CPU 类型, 用于 FB65(TCON) TCP( 兼容模式 ): CPU <= FWV2.3 W#16#01 TCP:CPU315,317>= FW V2.4 IM151-8PN/DP CPU319 CPU414 与 CPU416 W#16#11 主动或被动连接 : S7 作 Client 时为主动 TRUE S7 作 Server 时为被动 FALSE 取决于 CPU 类型 : IM151-8PN/DP B#16#1 CPU B#16#2 CPU319 B#16#3 CPU B#16#5 local_device_id 的长度 : 主动连接时 W#16#0 被动连接时 W#16#2 IA&DT Service & Support Page 14-36

15 rem_subnet_id_len rem_staddr_len rem_tsap_id_len next_staddr_len local_tsap_id rem_subnet_id rem_staddr rem_tsap_id next_staddr 未使用参数 rem_staddr 的长度 : 未具体定义连接 B#16#0 有具体连接 B#16#4 rem_tsap_id 的长度 : 主动连接时 W#16#2 被动连接时 W#16#0 通讯接口类型选择 : 通过外部 CP 模块 : 非 0 的其它值通过 CPU 的集成 PN 口 : W#16#0 本地连接 TSAP 号, 与参数 connection_type 有关 : 1)connection_type= B#16#01 时 local_tsap_id[1] 本地连接端口号的低字节 [16 进制 ] local_tsap_id[2] 本地连接端口号的高字节 [16 进制 ] local_tsap_id[3-16] B#16#00 2)connection_type= B#16#11 时 local_tsap_id[1] 本地连接端口号的高字节 [16 进制 ] local_tsap_id[2] 本地连接端口号的低字节 [16 进制 ] local_tsap_id[3-16] B#16#00 未使用通信伙伴的 IP 地址, 与参数 connection_type 有关, 以为例 : 1)connection_type= B#16#01 时 rem_staddr[1]= B#16#01(1), rem_staddr[2]= B#16#00(0) rem_staddr[3]= B#16#A8(168) rem_staddr[4]= B#16#C0(192) rem_staddr[5-6]=b#16#00( 为 IPV6 预留 ) 2)connection_type= B#16#11 时 rem_staddr[1]= B#16#C0(192) rem_staddr[2]= B#16#A8(168) rem_staddr[3]= B#16#00(0) rem_staddr[4]= B#16#01(1) rem_staddr[5-6]=b#16#00( 为 IPV6 预留 ) 远程连接 TSAP 号, 与参数 connection_type 有关 : 1)connection_type= B#16#01 时 local_tsap_id[1] 本地连接端口号的低字节 [16 进制 ] local_tsap_id[2] 本地连接端口号的高字节 [16 进制 ] local_tsap_id[3-16] B#16#00 2)connection_type= B#16#11 时 local_tsap_id[1] 本地连接端口号的高字节 [16 进制 ] local_tsap_id[2] 本地连接端口号的低字节 [16 进制 ] local_tsap_id[3-16] B#16#00 CP 的机架号和槽号, 当使用 CPU 的 PN 口时为 B#16#00 表 3: DB2 MODBUS_PARAM 的 TCP 连接参数含义 IA&DT Service & Support Page 15-36

客户端 / 服务器选择与功能码相关, 单写模式建立连接模式 (ENQ_ENR/PLC 启动后 ) 选可定义 8 个数据区, 支持功能码 1 2 3 4 5 6 15 16 IN: 含义如下 Data_type_x: 预定义的 Modbus 数据类型 db_x: 数据块号 start_x:modbus 寄存器或比特值起始地址, 对应 DB 从 0 字节开始消息内部存储区接收数据存储区图

16 客户端 / 服务器选择与功能码相关, 单写模式建立连接模式 (ENQ_ENR/PLC 启动后 ) 选可定义 8 个数据区, 支持功能码 IN: 含义如下 Data_type_x: 预定义的 Modbus 数据类型 db_x: 数据块号 start_x:modbus 寄存器或比特值起始地址, 对应 DB 从 0 字节开始消息内部存储区接收数据存储区图 16:DB2 MODBUS_PARAM 的 Modbus 参数设置部分打开 Modscan32 软件, 在 Connection-connection 中打开连接属性对话框, 连接接口选择 Remote TCP/IP Server,IP Adress 分别填入 CPU 的 IP 地址 ,Server Port 为远程服务器的端口 502, 在协议的选择对话框中可以定义传输模式通讯超时响应时间, 报文发送间隔及允许写多个保持寄存器等, 这里分别保持缺省设置即可, 如下图 17 所示 : IA&DT Service & Support Page 16-36

17 图 17: 对应 TCP 通讯的 Modscan32 连接窗口 3.3 通讯测试由于 ModbusTCP PN-CPU V2.4 选项包支持功能码 FC1,2,3,4,5,6,15,16, 不同的功能码测试过程中类似, 因此下面以 FC03( 读写保持寄存器 ) 为例来说明通讯测试的整个过程, 对于其他功能码的测试将不再重复描述, 对于 Modbus 的数据类型可以参考下表 4: 基本表对象类型访问类型注释离散量输入单个位只读 I/O 系统可提供这种类型数据线圈单个位读写通过应用程序可改变这种类型数据输入寄存器 16 位字只读 I/O 系统可提供这种类型数据保持寄存器 16 位字读写通过应用程序可改变这种类型数据表 4:Modbus 数据类型 IA&DT Service & Support Page 17-36

18 由于服务器主功能块 FB102 MODBUSPN 的参数需要初始化, 因此分别在 OB100 及 OB1 中调用 FB102, 在 OB100 中调用 FB102 完成相关参数的初始化,FB102 的管脚分布如下图 18 所示 : IN: 连接 ID IN:Modbus TCP 参数化 DB IN: 连接超时时间 IN: 接收超时响应时间, 最短 20ms IN: 请求 / 使能信号 IN: 连接断开 IN: 授权码 OUT: 是否授权 OUT: 正在作业 OUT: 连接是否建立 OUT: 作业完成无错误 OUT: 错误信号 OUT:modbus 报文错误代码 OUT: 连接状态错误代码 OUT: 故障名称 OUT: 授权码 IN/OUT: 单元标识符 IN/OUT: 数据类型 IN/OUT:Modbus 起始地址 IN/OUT: 寄存器长度 IN/OUT: 传输标识符 IN/OUT: 读写使能图 18: FB108 MODBUSPN 的管脚参数定义注意 : 在图 18 中已经填写的参数不需要初始化, 在 OB1 调用赋值 ; 而未填写的参数需要初始化在 OB100 中调用完成下载硬件组态及程序到 CPU 中, 将 DB2 MODBUS_PARAM 的参数 server_client 使能为 1, 在 Modscan32 的 Set up->data Definition 中设置数据扫描周期寄存器连接类型起始地址长度等, 如下图 19 所示 : IA&DT Service & Support Page 18-36

19 图 19:Modscan32 中 Modbus 数据参数定义由于 Modbus 的内部地址编排时基于数据链路层和应用层有一定的映射关系, 因此 Modbus 的地址与 SIMATIC 中的 DB 块的地址时按照一定的地址映射关系来相对应, 这样造成了 DB 块中有一定的地址偏移量, 在本例中假设数据区的定义如下图 20 所示, 其 DB 偏移量 Modbus 物理编址应用层编址如下图 21 所示 : IA&DT Service & Support Page 19-36

20 图 20: 本例中的数据区定义 IA&DT Service & Support Page 20-36

21 图 21: DB 偏移量 Modbus 物理编址应用层编址对应关系 IA&DT Service & Support Page 21-36

在 Step7 的项目程序中新建一个变量监控表, 插入需要监控的参数和数据区变量, 可以看到 Modscan32 软件与 CPU414-3PN/DP 的数据通讯已经建立起来了, 双方可以进行正常的保持寄存器数据读写操作, 如下图 22 所示 : 图 22: 通讯连接建立 4 配置 S7-400 单站系统通过 CPU 集成 PN 口作为 Client 进行 Modbus TCP 通讯下面以

22 在 Step7 的项目程序中新建一个变量监控表, 插入需要监控的参数和数据区变量, 可以看到 Modscan32 软件与 CPU414-3PN/DP 的数据通讯已经建立起来了, 双方可以进行正常的保持寄存器数据读写操作, 如下图 22 所示 : 图 22: 通讯连接建立 4 配置 S7-400 单站系统通过 CPU 集成 PN 口作为 Client 进行 Modbus TCP 通讯下面以 S7-400 单站系统及 Modbus Slave 软件为例, 详细介绍如何将 S7-400 单站系统 CPU 的集成 PN 口配置为 Client,Modbus Slave 为 Server 进行 Modbus TCP 通讯, 由于客户端和服务器模式均使用相同的功能块, 因此客户端功能块库的程序结构及各功能块完成的功能可以参考图例子中使用的硬件设备及软件本例中所用的硬件设备如下表 : IA&DT Service & Support Page 22-36

23 名称数量订货号 S7-400 电源模块 PS A 1 6ES7407-0KA01-0AA0 S7-400 CPU414-3PN/DP 1 6ES7414-3EM05-0AB0(V5.2) S7-400 机架 1 6ES7400-1JA00-0AA0 网线笔记本电脑 1 所用到软件如下表 : 若干表 5: 客户端硬件清单名称订货号 STEP7 V5.5 组态编程软件英文版 ModbusTCP PN-CPU V2.4 软件选项包 2XV9450-1MB02 Modslave V4.3.0 免授权版本可从网上免费获取表 6: 客户端软件清单 4.2 S7-400 单站系统与 Modbus Slave 软件组态打开 Step7 软件, 新建一个工程项目文件, 命名为 M_TCP_CPU_V2-4(Client), 在项目下插入一个 S7-400 站, 如下图 23 所示 : IA&DT Service & Support Page 23-36

24 图 23: 新建 S7-400 Station 双击插入的 SIMATIC 400 Station 的 Hardware, 打开硬件组态, 在硬件组态界面下分别插入机架, 电源 PS407 CPU414-3PN/DP, 本例中将 CPU 的 PN 口 IP 地址设为 , 如下图 24 所示 : IA&DT Service & Support Page 24-36

图 26: 硬件组态并设置 CPU 的 IP 地址由于需要在 SIMATIC 站与其他通讯伙伴之间建立 TCP 连接用于 Modbus 通讯, 而对于 CPU 的集成 PN 口来说须通过 Open IE( 开放式以太网通讯 ) 的方式来建立 TCP 连接, 通过 S7-CPU 的 PROFINET 接口进行 Modbus TCP 通信时, 需要使用通信块 FB65 "TCON" FB66

25 图 26: 硬件组态并设置 CPU 的 IP 地址由于需要在 SIMATIC 站与其他通讯伙伴之间建立 TCP 连接用于 Modbus 通讯, 而对于 CPU 的集成 PN 口来说须通过 Open IE( 开放式以太网通讯 ) 的方式来建立 TCP 连接, 通过 S7-CPU 的 PROFINET 接口进行 Modbus TCP 通信时, 需要使用通信块 FB65 "TCON" FB66 "TDISCON" FB63 "TSEND" 和 FB64 "TRCV", 要进行 Modbus TCP 通信, 必须在数据块中为每个连接指定相应的参数, 相应得参数在程序中主要由 DB2 MODBUS_PARAM 来完成初始化, 关于 DB2 MODBUS_PARAM 各参数的含义请参见 V3.2 章节中的图说明打开 Modbus Slave 软件, 在 Connection-connection 中打开连接属性对话框, 连接接口选择 Modbus TCP/IP,TCP/IP Server Port 为为本地服务器的端口 502, 并可以勾选 Ignore Unit ID 选项, 如下图 27 所示 : IA&DT Service & Support Page 25-36

26 图 27: 对应 TCP 连接的 Modbus Slave 连接窗口 ( 说明 - Ignore Unit ID 选项的含义如下 : Ignore Unit ID- 在一些厂商的 PLC 的程序或网关中可能会用到 Unit ID 以指定处理类型 ) 4.3 通讯测试由于 ModbusTCP CP V4.1 选项包支持功能码 FC1,2,3,4,5,6,15,16, 不同的功能码测试过程中类似, 因此下面同样以 FC03( 读写保持寄存器 ) 为例来说明通讯测试的整个过程, 对于其他功能码的测试将不再重复描述需要说明的是由于客户端功能块需要定义具体的功能码, 而主功能块 FB102 MODBUSPN 并没有直接的管脚来定义功能码, 而是由其中的两个参数 DATA_TYPE 和 DB2 MODBUS_PARAM 中的参数 single-write 共同决定, 详细情况如下图 28 所示 : IA&DT Service & Support Page 26-36

图 28:S7-400 单站系统做客户端时不同的功能码的参数定义由于客户端和服务器均使用相同的功能块 FB102 MODBUSPN 的参数需要初始化, 因此分别在 OB100 及 OB1 中调用 FB108, 在 OB100 中调用 FB909 完成相关参数的初始化, FB108 的管脚分布参见 V3.

27 图 28:S7-400 单站系统做客户端时不同的功能码的参数定义由于客户端和服务器均使用相同的功能块 FB102 MODBUSPN 的参数需要初始化, 因此分别在 OB100 及 OB1 中调用 FB108, 在 OB100 中调用 FB909 完成相关参数的初始化, FB108 的管脚分布参见 V3.3 章节中的图 18 说明下载硬件组态及程序到 CPU 中, 将 DB2 MODBUS_PARAM 的参数 server_client 使能为 0, 给参数 ENQ_ENR 发送脉冲信号, 在打开的两个 Modbus Slave 软件窗口的 Set up- >Slave Definition 中设置寄存器连接类型起始地址长度显示的列数数据显示格式及响应时间等, 并可勾选 Hide Alias Columns PLC Adresses(Base1) Insert CRC/LRC error Skip response, 如下图 29 所示 : IA&DT Service & Support Page 27-36

图 29: Modbus Slave 中 Modbus 数据参数定义 ( 说明 - 各勾选选项的含义如下 : Hide Alias Columns 隐藏注释选项 PLC Addresses(Base1) - 选择寄存器地址是基于 PLC 地址编排 (1.

28 图 29: Modbus Slave 中 Modbus 数据参数定义 ( 说明 - 各勾选选项的含义如下 : Hide Alias Columns 隐藏注释选项 PLC Addresses(Base1) - 选择寄存器地址是基于 PLC 地址编排 ( ) 还是基于协议编排 ( ) Insert CRC/LRC error - 选择是否进行 CRC/LRC 错误校验 Skip response 选择是否忽略报文丢失响应 ) 关于 SIMATIC 中 DB 偏移量 Modbus 物理编址应用层编址对应关系请参考本文中 V3.3 章节图 21 说明在 Step7 的项目程序中新建一个变量监控表, 插入需要监控的参数和数据区变量, 可以看到 Modsbus Slave 软件与 CPU414-3PN/DP 的数据通讯已经建立起来了, 双方可以进行正常的保持寄存器数据读写操作 ( 读写权限由参数 "WRITE_ READ" 决定 ), 如下图 30 所示 : IA&DT Service & Support Page 28-36

29 图 30:S7-400 单站系统作为客户端与 Modbus Slave 软件通讯 5 ModbusTCP PN-CPU V2.4 选项包通讯使用总结及相关注意事项由于是通过 PC 测试软件模拟第三方设备与 SIMATIC CPU 的集成 PN 口进行 Modbus TCP 通讯, 因此在实际的第三方设备与 CPU 的集成 PN 口进行通讯时需要注意以下几点 : 1) 由于订货号 2XV9450-1MB02 程序中会占用 CPU 较大的装载和工作存储区, 因此对于性能比较低特别是 S7-300 的低端 CPU 进行通讯时必须考虑一定的富余量 2) 对于 SIMATIC S7 这边, 参数 DB_x 的数据区必须使用不同的 DB 块, 使用同一个 DB 的不同地址区会造成地址编排混乱, 另外参数 Start_x 与 END_x 参数不能出现地址叠加情况 IA&DT Service & Support Page 29-36

3) 第三方设备的数据区与 SIMATIC S7 的数据 DB 块的地址对应关系可以先按照第三方的数据区域 Modbus 地址的偏移关系之后计算相应的偏移量 4) 建议使用项目中的样例程序, 只须修改连接 ID, 定义通讯双方的 IP 地址端口号及相应的数据存储区等, 能减少编程量, 只须把样例程序放到一个单独的 FC 块中即可, 样例程序中定义了足够的数据区, 连接成功及错误次数指示等 5)

30 3) 第三方设备的数据区与 SIMATIC S7 的数据 DB 块的地址对应关系可以先按照第三方的数据区域 Modbus 地址的偏移关系之后计算相应的偏移量 4) 建议使用项目中的样例程序, 只须修改连接 ID, 定义通讯双方的 IP 地址端口号及相应的数据存储区等, 能减少编程量, 只须把样例程序放到一个单独的 FC 块中即可, 样例程序中定义了足够的数据区, 连接成功及错误次数指示等 5) Modbus TCP 每一包的数据最多只能发送 125 个寄存器或 2000 个比特位, 超过该范围必须进行分包处理 6) S7-300/400 作为 Client 能与多少个 Server 建立通讯或者作为 Server 时能与多少个 Client 通讯取决于产品所支持的 TCP 连接数,Modbus/TCP 协议并没有对此进行约束和限制 7) 如果使用 SIMATIC 作为 Modbus 服务器, 那么一些 CPU 的可用端口号会受到限制, 以下端口号可用于本地端口, 如下图 31 所示 : 图 31: SIMATIC 作为 Modbus 服务器的端口号使用限制详细情况可参考以下 FAQ 连接 : 更多关于 S7 Open Modbus/TCP 通讯的详细信息请参考西门子 Industrial IT 部门的以下连接 : 更多关于 Modbus TCP 的相关信息请参考 FAQ : 如何从 SIMATIC 建立 OPEN MODBUS /TCP 通信, 以及在哪可以找到更多信息? IA&DT Service & Support Page 30-36

31 附表一 CPU 集成 PN 口进行 Modbus TCP 通讯 FB 输出常见故障代码及处理 STATUS(Hex) 故障原因处理措施参数 STATUS_MODBUS 代码含义 A001 数据块 DB(MODBUS_PARAM) 长修改 DB 长度度过短 A002 参数 END_x 小于 Start_x 修改参数 END_x 大于 Start_x A003 Modbus 地址映射的 DB 块的数据区长度太短, 最低长度 : - 寄存器 : (START_ADDRESS start_x + LENGTH) * 2 - 位扩展 DB 区域当 CPU 为 Client 时 : 修改参数 START-ADRESS 或者 LENGTH 当 CPU 为 Server 时 : 修改客户端的请求 (START_ADDRESS start_x + LENGTH) / 8 其他可能的原因 : 参数初始化错误 (CPU 为 Client 时 ) 客户端请求报文时错误的地址区域 (CPU 为 Server 时 ) A004 仅在 CP 为 Client 时才有此故障 : 修改此两个参数参数 DATA_TYPE 及 WRITE_READ 设置不匹配, 不可能对输入寄存器或离散输入进行写操作 A005 CP 为 Client 时 : 参数 LENGTH 设置无效 CP 为 Server 时 : Client 请求的寄存器号无效, 合法的数据类型范围如下 : 读线圈 / 离散输入 : 1 to 2000 写线圈 : 1 to 1968 读寄存器 : 1 to 125 写保持寄存器 : 1 to 123 A006 CP 为客户端时 : 数据区 1-8 中对应的 Modbus 地址范围 (DATA_TYPE, START_ADDRESS 和 LENGTH ) 不存在 CP 为服务器时 : 客户端请求的报文不正确 A007 CPU 为 Client 时 : 参数 RECV_TIME 或 CONN_TIME 时间设置无效,RECV_TIME 最少 20ms, CONN_ TIME 为 100ms A009 仅在 CPU 为 Client 时发生, 标示符 TI 与发送方不一致, 连接中断 A00A CPU 为 Client 时 : CPU 为 Client 时 : 修改参数 LENGTH CPU 为 Server 时 : 修改 Client 请求的寄存器地址 CPU 为 Client 时 : 修改参数 DATA_TYPE,START- ADRESS 或者 LENGTH CPU 为 Server 时 : 修改 Client 请求或修改参数 data_type_x 修改此两参数修正通讯伙伴的报文 IA&DT Service & Support Page 31-36

32 接收参数 UNIT 与发送的不一致 A00B CPU 为 Client 时 : 接收与发送功能码不一致 CPU 为 Server 时 : 无效的功能码被接收 A00C 接收到的字节长度与寄存器地址 + 不匹配, 连接中断 A00D 仅在 CPU 为 Client 时发生 : 响应的 MODBUS 寄存器地址与请求的不一致 A00E MODBUS 报文报头的长度与寄存器地址不匹配,FB 将忽略 A00F 非 0 的协议标示符被接收, 通讯中断 A010 参数 DB1-DB8 中有重复使用的 DB 块 A011 参数 DATA_TYPE 设置无效 ( 范围为 1-4) A012 数据区参数 data_type_1 和 data_type_2 设置重叠 A013 数据区参数 data_type_1 和 data_type_3 设置重叠 A014 数据区参数 data_type_1 和 data_type_4 设置重叠 A015 数据区参数 data_type_1 和 data_type_5 设置重叠 A016 数据区参数 data_type_1 和 data_type_6 设置重叠 A017 数据区参数 data_type_1 和 data_type_7 设置重叠 A018 数据区参数 data_type_1 和 data_type_8 设置重叠 A019 当参数 data_type_x 设置不为 0 时,db_x 被赋值 0 A01A Modbus 报头中错误的长度 (1-253 字节有效 ) A01F FB MODBUSPN 处于无效的连接状态 A023 数据区参数 data_type_2 和 data_type_3 设置重叠 CPU 为 Client 时 : 检查通讯伙伴的数据报文格式 CPU 为 Server 时 : 注意 FB MODBUSPN 仅支持功能码 FC01,02,03,04,05,06 15, 16 检查通讯伙伴的数据报文格式修改为单独的 DB 修改该参数统一类型的寄存器地址不能有叠加情况 DB 块号不能为 0 检查通讯伙伴的数据报文格式联系产品支持统一类型的寄存器地址不能有叠加情况 A024 A025 数据区参数 data_type_2 和 data_type_4 设置重叠数据区参数 data_type_2 和 IA&DT Service & Support Page 32-36

33 data_type_5 设置重叠 A026 数据区参数 data_type_2 和 data_type_6 设置重叠 A027 数据区参数 data_type_2 和 data_type_7 设置重叠 A028 数据区参数 data_type_2 和 data_type_8 设置重叠 A034 数据区参数 data_type_3 和 data_type_4 设置重叠 A035 数据区参数 data_type_3 和 data_type_5 设置重叠 A036 数据区参数 data_type_3 和 data_type_6 设置重叠 A037 数据区参数 data_type_3 和 data_type_7 设置重叠 A038 数据区参数 data_type_3 和 data_type_8 设置重叠 A045 数据区参数 data_type_4 和 data_type_5 设置重叠 A046 数据区参数 data_type_4 和 data_type_6 设置重叠 A047 数据区参数 data_type_4 和 data_type_7 设置重叠 A048 数据区参数 data_type_4 和 data_type_8 设置重叠 A056 数据区参数 data_type_5 和 data_type_6 设置重叠 A057 数据区参数 data_type_5 和 data_type_7 设置重叠 A058 数据区参数 data_type_5 和 data_type_8 设置重叠 A067 数据区参数 data_type_6 和 data_type_7 设置重叠 A068 数据区参数 data_type_6 和 data_type_8 设置重叠 A078 数据区参数 data_type_7 和 data_type_8 设置重叠 A079 参数 ID 在 DB(MODBUS_PARAM) 中未定义 A07A 无效的参数 ID(ID 值范围为 ) A07B 参数 ID 在 DB(MODBUS_PARAM) 中存在 2 次 A07C 参数 data_type_x 无效 ( 范围 1-4) A07D 参数 data_type_1 未定义, data_type_1 为缺省的使用数据修改参数 ID 修改 DB 块 DB(MODBUS_PARAM) IA&DT Service & Support Page 33-36

34 区, 需要定义 A07E 参数 DB_x 与 DB(MODBUS_PARAM) 或 FB102 的背景 DB 号冲突 A07F FB102 接口参数 PARAM_DB 错误, 非通讯参数 DB 指定正确的 DB 给接口参数 PARAM_DB A080 数据块 DB(MODBUS_PARAM) 更改但没有执行 CPU 重起数据块 DB(MODBUS_PARAM) 需要初始化, 当更改时需要 CPU 重起 A081 CP 为 Client 且使用 FC05 功能码时 : 通过抓包工具来分析和修正通讯伙伴的报文接收的线圈状态与发送不一致 A082 CP 为 Client 且使用 FC06 功能码时 : 通过抓包工具来分析和修正通讯伙伴的报文接收的寄存器值与发送不一致 A083 仅在 CP 为 Client 时 : 在上一个请求还没有处理完成时又发送新的请求等待 DONE =TRUE 或 ERROR = TRUE 后再发送新请求 A084 授权码 IDENT_CODE 不能识别联系产品支持 A085 在授权期间由于无效的写权限导致发生错误对于授权 DB, 确认参数 REG_KEY 的结构是否正确 A090 功能块未授权, 此为一状态信息, 参数 ERROR 并不会置 1, 功能块在未授权情况仍然可以运行而不影针对 CPU 读出预授权解码, 之后按照授权操作向 IT4industry. 部门索取授权码响通讯 A091 收到异常响应码 1( 仅在 Client 模式 ), 连接将终止和重新建立通讯伙伴不支持请求的报文 A092 A093 A094 A095 A100 收到异常响应码 2( 仅在 Client 模式 ), 无效的或不存在的地址请求收到异常响应码 3( 仅在 Client 模式 ) 收到异常响应码 4( 仅在 Client 模式 ) 收到未知的异常响应码 ( 仅在 Client 模式 ) 参数 STATUS_CONN 代码含义 CONN_TIME 与 RECV_TIME 时间检查连接参数超出,RECV_TIME 超出时连接终止确认参数 LENGTH 或 START_ADDRESS 是否正确通讯伙伴无法执行报文接收 ( 例如请求长度不支持等 ) 通讯伙伴无法执行报文接收通过抓包工具来分析和修正通讯伙伴的报文 A101 参数 TDISCON 的监控时间超出联系产品供应商 SFC6/20 故障代码 7xxx 请参考 SIMATIC 的在线帮助通过在线帮助 SIMATIC manager -> mark block -> key F1 > Ethernet -> see also -> code evaluation 可以查到相关帮助信息 8xxx 请参考 SIMATIC 的在线帮助通过在线帮助 SIMATIC manager -> mark block -> key F1 > Ethernet -> IA&DT Service & Support Page 34-36

35 see also -> code evaluation 可以查到相关帮助信息 FB63,64,65,66 故障代码 7xxx 请参考 SIMATIC 的在线帮助通过在线帮助 SIMATIC manager -> mark block -> key F1 > Ethernet -> see also -> code evaluation 可以查到相关帮助信息 8xxx 请参考 SIMATIC 的在线帮助通过在线帮助 SIMATIC manager -> mark block -> key F1 > Ethernet -> see also -> code evaluation 可以查到相关帮助信息 SFC24 故障代码 80A1 DB=0 或超出了 CPU 允许的范围选择有效的 DB 80B1 DB 块在 CPUU 中不存在 DB_x 参数中的 DB 块必须创建并下载到 CPUU 中 80B2 DB 块被创建为 Unlinked 类型 DB 块不能创建为 Unlinked 类型如果您对该文档有任何建议, 请将您的宝贵建议提交至下载中心留言板该文档的文档编号 :A0401 IA&DT Service & Support Page 35-36

36 附录 - 推荐网址通信 / 网络西门子 ( 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 : 通信 / 网络下载中心 : 通信 / 网络全球技术资源 : 找答案 Net 版区 : 自动化与驱动集团技术支持与服务热线电话 : 传真 : 邮箱 : cn@siemens.com 网址 : 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 36-36

摘要 2010 年 2 月西门子 Indusdry Solution IT 部门更新了 S7-300/400 系统 Modbus/TCP 的最新版本软件选项包 MobusTCP CP V4.1, 本文主要介绍了通过 S7-300/400 以太网通讯模块 CP343/443-1 进行 Modbus T

摘要 2010 年 2 月西门子 Indusdry Solution IT 部门更新了 S7-300/400 系统 Modbus/TCP 的最新版本软件选项包 MobusTCP CP V4.1, 本文主要介绍了通过 S7-300/400 以太网通讯模块 CP343/443-1 进行 Modbus T 基于 S7-300,400 以太网通讯模块 CP343-1&CP443-1 Modbus TCP 通讯快速入门 ( 更新版本 V4.1) Modbus TCP Communication Base On S7-300/400 Ethernet CP343-1&CP443-1 Module Getting Started(Update V4.1) Getting-Started Edition (2011