S7-200做主站S7-300-CP341做从站的Modbus-RTU通讯

S7-200做主站S7-300CP341做从站的ModbusRTU通讯1.概述在现场应用中，很多仪表和设备仅支持ModbusRTU的通讯协议，第三方仪表可以做Modbus主站或从站，西门子的通讯模块CP341/CP441-2通过Dongle（硬件狗）可以扩展该协议，S7-200集成的口可以支持自由口通讯，通过指令库也可以方便的实现ModbusRTU通讯。本文以S7-200作为Modbus主站，CP341作为Modbus从站，实现ModbusRTU通讯，阐述两者在通讯方面的设置和注意事项。2.软件环境2.1STEP7V5.4SP4用于编写S7-300/400程序，此软件需要从西门子购买，本文档中的300的程序是使用Step7V5.4SP4的软件编写。2.2CPPTPParamV5.1SP11串行通讯模板的驱动程序，安装此驱动后才能对PtP模板进行参数配置，并在Step7中集成通讯编程需要使用的功能块。此驱动随购买模板一起提供，也可以从以下的链接下载：270135242.3CPPTPModbusSlaveV3.1SP7CP341或CP441-2用于Modbus从站时，需要安装此驱动协议，但安装之前必须先安装PtPDriver，此驱动可以在购买ModbusDongle时选择购买，也可以从以下的链接下载：277742762.4STEP7Micro/WINV4.0SP6用于S7-200编程的软件，本文档中的200的程序是使用Step7Micro/win的软件编写。此软件可以从西门子下载中心免费下载，也可以从以下的链接下载。网站自动化系统S7-200软件，文档编号S0002。2.5Toolbox_V32-STEP7-MicroWIN32InstructionLibraryS7-200实现ModbusRTU功能，可以使用Modbus的指令库，要使用西门子的标准指令库，必须先安装指令库的软件包InstructionLibrary，安装后，可以在Step7-Micro/WIN软件的库中找到Modbus相关的指令，该软件包可以从以下的链接下载。网站自动化系统S7-200软件，文档编号S0010。3.硬件列表和接线3.1硬件列表S7-300从站CPU315-2DP6ES7315-2AG10-0AB0CP341RS422/4856ES7341-1CH01-0AE0Dongle6ES7870-1AB01-0YA0PC适配器（USB）6ES7972-0CB20-0XA0S7-200主站CPU224XP6ES7214-2BD23-0XB0表1硬件设备3.2硬件接线FAQS7-200做主站S7-300CP341做从站的ModbusRTU通讯3.2.1接口定义S7-200的通讯口为RS485物理口（9针口），CP341是RS422/485的接口类型（15针口），两种设备的接口引脚的示意图如下所示，更详细的信息可以参考CP341及S7-200通信接口的手册。图1S7-200CPU通信口引脚定义图2S7-300CP341RS422/485通讯口引脚定义FAQS7-200做主站S7-300CP341做从站的ModbusRTU通讯3.2.2接线示意图图3硬件结构和接线示意图4.组态设置和编程4.1S7-200做Modbus主站的设置S7-200CPU上的通信口在电气上是标准的RS-485半双工串行通信口，此串行字符通信的格式：1个起始位；7/8位数据位；1位奇/偶/无校验；1停止位。通信波特率可以设置为1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或112500，符合这些格式的串行通讯设备可以和S7-200进行自由口通讯，ModbusRTU指令库就是使用自由口编程实现的。4.1.1ModbusRTU主站库使用Modbus主站指令库时需要注意的几点：•需要S7-200的编程软件是Micro/WINV4.0SP5及以上版本；•ModbusRTU主站库对CPU的版本有要求，CPU的版本必须为2.00或者2.01（即订货号为6ES721*－***23-0BA*）；•Modbus主站可读/写的最大数据量为120个字（指每一个MBUS_MSG指令）；•Modbus主站库支持Port0和Port1（从站库只支持Port0口），本例中用Port0；•使用Modbus库时必须对库存储区进行分配，见下图设置，而且分配的空间不能和程序中其它空间冲突，否则编译调用会报错。FAQS7-200做主站S7-300CP341做从站的ModbusRTU通讯图4库存储区设置•Modbus主站库支持的功能码和地址对应关系：Modbus地址读/写Modbus从站须支持的功能00001~09999读功能1：读输出点数字量输出写功能5：写单个输出点功能15：写多个输出点10001~19999读功能2：读输入点数字量输入30001~39999读功能4：读输入寄存器输入寄存器40001~49999读功能3：读保持寄存器保持寄存器写功能6：写单个寄存器功能16：写多个寄存器表2需要从站支持的功能4.1.2S7-200Modbus主站编程编程时，使用SM0.0调用MBUS_CTRL完成主站的参数初始化，详细见下表，参数的说明也可以从子程序的局部变量表中找到。FAQS7-200做主站S7-300CP341做从站的ModbusRTU通讯图5ModbusRTU主站初始化图中各参数含义如下编号符号/含义说明aEN/使能必须保证每一扫描周期都被使能（使用SM0.0）。bMode/模式为1时使能为Modbus协议；为0时恢复为PPI协议。cBaud/波特率支持的通讯波特率为1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200。dParity/校验校验方式选择：0＝无校验；1＝奇校验，2＝偶校验。eTimeout/超时主站等待从站响应的时间，以毫秒为单位，典型的设置值为1000毫秒，允许设置的范围为1-32767。这个值必须设置足够大以保证从站有时间响应。fDone/完成位初始化完成，此位会自动置1。gError/错误位初始化错误代码。表3调用ModbusRTU主站读写子程序MBUS_MSG，发送一个Modbus请求。FAQS7-200做主站S7-300CP341做从站的ModbusRTU通讯图6调用ModbusRTU主站读写子程序图中各参数含义如下编号符号/含义说明aEN/使能同一时刻只能有一个读写功能使能。bFirst/读写请求位每一个新的读写请求必须使用脉冲触发。cSlave/从站地址可选择的范围1-247。dRW/读写操作位0＝读，1＝写。eAddr/读写从站的数据地址选择读写的数据类型：00001至0xxxx-开关量输出10001至1xxxx-开关量输入30001至3xxxx-模拟量输入40001至4xxxx-保持寄存器。fCount/数据的个数通讯的数据个数（位或字的个数）。gDaptPtr/数据指针如果是读指令，读回的数据放到这个数据区中；如果是写指令，要写出的数据放到这个数据区中。hDone/完成位读写功能完成位。iError/错误代码只有在Done位为1时，错误代码才有效。表4从上图中可见，S7-200作为ModbusRTU主站，波特率9.6Kb/s，偶校验，连接从站的站地址是3，数据存储区为VB2000开始的区域。FAQS7-200做主站S7-300CP341做从站的ModbusRTU通讯4.2CP341做Modbus从站的硬件组态4.2.1硬件组态图7S7-300侧硬件组态4.2.2设置Modbus参数图8消息桢字符结构FAQS7-200做主站S7-300CP341做从站的ModbusRTU通讯按照上述操作设置参数，从上图可以看出，本例中的传输波特率9.6Kb/s，1位起始位，8位数据位，偶校验位，1位停止位，从站站地址是3，主从通讯设备的字符帧格式和波特率等参数设置需要一致。图9RS422/485接口组态RS422/485接口只能一个有效，接口的选择只需要组态而不需要在硬件上短接。4.2.3Modbus驱动的下载当配置好Modbus通信的参数后，保存前需要向CP341下载ModbusSlave的驱动，一旦下载完成后无需再次下载。需要注意的是，在下载驱动时（可以在无Dongle情况下下载），需要将CPU停机，然后下载，操作过程如下所示。FAQS7-200做主站S7-300CP341做从站的ModbusRTU通讯图10下载Dongle时，需要CPU停机图11从站驱动下载后结果FAQS7-200做主站S7-300CP341做从站的ModbusRTU通讯4.2.4CP341做Modbus从站的编程从Step7软件下的EXAMPLE目录中，找到项目名zXX21_05_PtP_Com_MODSL的项目，打开，然后将Modbus通讯模块FB80传递到用户项目中，打开路径如下所示。图12ModbusSlave例程打开路径OB1中调用FB80编程如下：图13FB80程序块调用CP卡初始化正常后，CP_START，CP_START_FM和CP_START_OK为1信号，否则CP_START_ERROR为1，同时可以从ERROR_NR察看错误信息，也可以在硬件组态中在线后的CP341的诊断缓冲区察看详细的错误信息，错误信息对照和处理方式可以参考《S7-300以用于PtPCPModbus协议RTU格式S7的可装载驱动程序为从站》的手册。FB80的各参数含义如下FAQS7-200做主站S7-300CP341做从站的ModbusRTU通讯LADDR硬件组态中CP341的起始逻辑地址，本例中为256START_TIMER初始化超时定时器，本例中为T120START_TIME初始化定时器时间，本例中为5SOB_MASKI/O访问错误屏蔽位，本例中为True（I/O访问错误已屏蔽）CP_STARTFB初始化使能位，本例中为M0.0CP_START_FMCP_START初始化的上升沿位，本例中为M0.1CP_NDR从CP卡写操作位，本例中为m0.2CP_START_OK初始化完成且无错误，本例中为M0.3CP_START_ERROR初始化完成，但有错误，本例中为M0.4ERROR_NR错误号，本例中为MW2ERROR_INFO错误信息，本例中为MW4表55.通讯测试ModbusRTU格式通信协议是以主从的方式进行数据传输的，在传输的过程中主站是主动方，即主站发送数据请求报文到从站，从站返回响应报文。Modbus系统间的数据交换是通过功能码来控制的，以下对现场常用的功能码进行分类测试，关于功能码的详细信息请参考手册。5.1FC01/05/15功能码CP341从站的通讯区域配置图14FC01/05/15参数组态界面FC01、FC05、FC15对应的数据区为位输出，数据的传递以位为单位，可以读写操作，用户地址区为0xxxx，Modbus地址在信息传递中从0开始。如上图，左边为信息传递地址（地址区不能冲突），右边对应的是S7-300的数据区。例如左边信息传递地址从0~7对应用户地址区为00001~00008，对应S7-300的M10.0~M10.7，并且以此为例说明FC01功能码的通讯。FAQS7-200做主站S7-300CP341做从站的ModbusRTU通讯S7-200主站程序调用图15功能码FC01使用S7-200主站，用功能码FC01读取从站8点数字量输出，接收的数据存放在VB2000开始的区域，测试截图结果如下。图16FC01功能码数据交换5.2FC02功能码CP341从站的通讯区域配置FAQS7-200做主站S7-300CP341做从站的ModbusRTU通讯图17FC02参数组态界面FC02对应的数据区为位输出，数据的传递以位为单位，只读操作，用户地址区为1xxxx，Modbus地址在信息传递中从