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西門子編程軟件WINCC(中文版)
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      1. 概述


      在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中,很多儀表和設(shè)備僅支持Modbus RTU的通訊協(xié)議,第三方儀表可以做Modbus主站


      或 從站,西門子的通訊模塊CP341 / CP441-2 通過Dongle(硬件狗)可以擴(kuò)展該協(xié)議,S7-200


      集 成的口可以支持自由口通訊,通過指令庫(kù)也可以方便的實(shí)現(xiàn)Modbus RTU通訊。本文以S7-200作


      為Modbus 主站,CP341作為Modbus 從站,實(shí)現(xiàn)Modbus RTU通訊,闡述兩者在通訊方面的設(shè)置和


      注意事項(xiàng)。


      2. 軟件環(huán)境

      2.1 STEP7 V5.4 SP4


      用于編寫 S7-300/400程序,此軟件需要從西門子購(gòu)買,本文檔中的300的程序是使用Step7 V5.4


      SP4的軟件編寫。

      2.2 CP PTP Param V5.1 SP11


      串行通訊模板的驅(qū)動(dòng)程序,安裝此驅(qū)動(dòng)后才能對(duì)PtP模板進(jìn)行參數(shù)配置,并在Step7中集成通訊編程需


      要使用的功能塊。此驅(qū)動(dòng)隨購(gòu)買模板一起提供

      2.3 CP PTP Modbus Slave V3.1 SP7


      CP341或CP441-2用于Modbus從站時(shí),需要安裝此驅(qū)動(dòng)協(xié)議,但安裝之前必須先安裝PtP Driver,此


      驅(qū)動(dòng)可以在購(gòu)買Modbus Dongle時(shí)選擇購(gòu)買

      2.4 STEP7 Micro/WIN V4.0 SP6


      用于S7-200編程的軟件,本文檔中的200的程序是使用Step7 Micro/win 的軟件編寫。此軟件可以從


      西門子下載中心免費(fèi)下載


      2.5 Toolbox_V32-STEP 7-Micro WIN 32 Instruction Library


      S7-200實(shí)現(xiàn)Modbus RTU功能,可以使用Modbus的指令庫(kù),要使用西門子的標(biāo)準(zhǔn)指令庫(kù),必須先安


      裝指令庫(kù)的軟件包 Instruction Library,安裝后,可以在Step 7-Micro/WIN軟件的庫(kù)中找到Modbus相


      關(guān)的指令


      3. 硬件列表和接線

      3.1 硬件列表

      S7-300從站 CPU315-2DP 6ES7 315-2AG10-0AB0
      CP341 RS422/485 6ES7 341-1CH01-0AE0
      Dongle 6ES7 870-1AB01-0YA0
      PC 適配器(USB 6ES7 972-0CB20-0XA0
      S7-200主站 CPU 224XP 6ES7 214-2BD23-0XB0


      表1 硬件設(shè)備

      3.2 硬件接線

      3.2.1 接口定義


      S7-200的通訊口為RS485物理口(9針口),CP341是RS422/485的接口類型(15針口),兩種設(shè)備


      的接口引腳的示意圖如下所示,更詳細(xì)的信息可以參考CP341及S7-200通信接口的手冊(cè)。


      圖1 S7-200 CPU通信口引腳定義



      圖2 S7-300 CP341 RS422/485 通訊口引腳定義

      3.2.2 接線示意圖


      圖3 硬件結(jié)構(gòu)和接線示意圖


      4. 組態(tài)設(shè)置和編程

      4.1 S7-200做Modbus主站的設(shè)置
      S7-200 CPU上的通信口在電氣上是標(biāo)準(zhǔn)的RS-485半雙工串行通信口,此串行字符通信的格式:1個(gè)起始位;7/8位數(shù)據(jù)位;1位奇/偶/無校驗(yàn);1停止位。通信波特率可以設(shè)置為1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或112500,符合這些格式的串行通訊設(shè)備可以和S7-200進(jìn)行自由口通訊,Modbus RTU指令庫(kù)就是使用自由口編程實(shí)現(xiàn)的。

      4.1.1 Modbus RTU主站庫(kù)

      使用Modbus 主站指令庫(kù)時(shí)需要注意的幾點(diǎn):

      • 需要S7-200的編程軟件是 Micro/WIN V4.0 SP5及以上版本;
      • Modbus RTU 主站庫(kù)對(duì)CPU的版本有要求,CPU 的版本必須為 2.00 或者 2.01(即訂貨號(hào)為 6ES721*-***23-0BA*);
      • Modbus主站可讀/寫的最大數(shù)據(jù)量為120個(gè)字(指每一個(gè) MBUS_MSG 指令);
      • Modbus 主站庫(kù)支持Port0和Port1(從站庫(kù)只支持Port0口),本例中用Port0;
      • 使用Modbus 庫(kù)時(shí)必須對(duì)庫(kù)存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行分配,見下圖設(shè)置,而且分配的空間不能和程序中其它空間沖突,否則編譯調(diào)用會(huì)報(bào)錯(cuò)。


      圖4 庫(kù)存儲(chǔ)區(qū)設(shè)置

      • Modbus主站庫(kù)支持的功能碼和地址對(duì)應(yīng)關(guān)系:
        Modbus 地址 / Modbus 從站須支持的功能
        00001~09999 功能1:讀輸出點(diǎn)
        數(shù)字量輸出 功能5:寫單個(gè)輸出點(diǎn)
        功能15:寫多個(gè)輸出點(diǎn)
        10001~19999 功能2:讀輸入點(diǎn)
        數(shù)字量輸入
        30001~39999 功能4:讀輸入寄存器
        輸入寄存器
        40001~49999 功能3:讀保持寄存器
        保持寄存器 功能6:寫單個(gè)寄存器
        功能16:寫多個(gè)寄存器

        表2需要從站支持的功能

      4.1.2 S7-200 Modbus主站編程
      編程時(shí),使用SM0.0調(diào)用MBUS_CTRL完成主站的參數(shù)初始化,詳細(xì)見下表,參數(shù)的說明也可以從子程序的局部變量表中找到。


      圖5 Modbus RTU 主站初始化

      圖中各參數(shù)含義如下

      編號(hào) 符號(hào)/含義 說?????????????????? 明
      a EN / 使能 必須保證每一掃描周期都被使能(使用SM0.0)。
      b Mode / 模式 為1時(shí)使能為Modbus協(xié)議;為0時(shí)恢復(fù)為PPI協(xié)議。
      c Baud / 波特率 支持的通訊波特率為1200,2400,4800,9600,19200,38400,57600,115200。
      d Parity / 校驗(yàn) 校驗(yàn)方式選擇:0=無校驗(yàn);1=奇校驗(yàn),2=偶校驗(yàn)。
      e Timeout / 超時(shí) 主站等待從站響應(yīng)的時(shí)間,以毫秒為單位,典型的設(shè)置值為 1000毫秒,允許設(shè)置的范圍為1-32767。這個(gè)值必須設(shè)置足夠大以保證從站有時(shí)間響應(yīng)。
      f Done / 完成位 初始化完成,此位會(huì)自動(dòng)置1。
      g Error / 錯(cuò)誤位 初始化錯(cuò)誤代碼。

      表3

      調(diào)用 Modbus RTU 主站讀寫子程序MBUS_MSG,發(fā)送一個(gè)Modbus 請(qǐng)求。


      圖6 調(diào)用Modbus RTU 主站讀寫子程序

      圖中各參數(shù)含義如下

      編號(hào) 符號(hào)/含義
      a EN / 使能 同一時(shí)刻只能有一個(gè)讀寫功能使能。
      b First / 讀寫請(qǐng)求位 每一個(gè)新的讀寫請(qǐng)求必須使用脈沖觸發(fā)。
      c Slave / 從站地址 可選擇的范圍1–247
      d RW / 讀寫操作位 0=讀, 1=寫。
      e Addr / 讀寫從站的數(shù)據(jù)地址 選擇讀寫的數(shù)據(jù)類型:
      00001 0xxxx - 開關(guān)量輸出
      10001 1xxxx - 開關(guān)量輸入
      30001 3xxxx - 模擬量輸入
      40001 4xxxx - 保持寄存器。
      f Count / 數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù) 通訊的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)(位或字的個(gè)數(shù))。
      g DaptPtr / 數(shù)據(jù)指針 如果是讀指令,讀回的數(shù)據(jù)放到這個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)中;
      如果是寫指令,要寫出的數(shù)據(jù)放到這個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)中。
      h Done / 完成位 讀寫功能完成位。
      i Error / 錯(cuò)誤代碼 只有在Done位為1時(shí),錯(cuò)誤代碼才有效。

      表4

      從上圖中可見,S7-200作為Modbus RTU主站,波特率9.6Kb/s,偶校驗(yàn),連接從站的站地址是3,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)為VB2000開始的區(qū)域。

      4.2 CP341 做Modbus 從站的硬件組態(tài)

      4.2.1 硬件組態(tài)


      圖7 S7-300側(cè)硬件組態(tài)

      4.2.2 設(shè)置Modbus參數(shù)


      圖8 消息楨字符結(jié)構(gòu)

      按照上述操作設(shè)置參數(shù),從上圖可以看出,本例中的傳輸波特率9.6Kb/s,1位起始位,8位數(shù)據(jù)位,偶校驗(yàn)位,1位停止位,從站站地址是3,主從通訊設(shè)備的字符幀格式和波特率等參數(shù)設(shè)置需要一致。


      圖9 RS422/485 接口組態(tài)

      RS422/485接口只能一個(gè)有效,接口的選擇只需要組態(tài)而不需要在硬件上短接。

      4.2.3 Modbus驅(qū)動(dòng)的下載
      當(dāng)配置好Modbus通信的參數(shù)后,保存前需要向CP341下載Modbus Slave的驅(qū)動(dòng),一旦下載完成后無需再次下載。
      需要注意的是,在下載驅(qū)動(dòng)時(shí)(可以在無Dongle情況下下載),需要將CPU停機(jī),然后下載,操作過程如下所示。


      圖10 下載Dongle時(shí),需要CPU停機(jī)



      圖11 從站驅(qū)動(dòng)下載后結(jié)果

      4.2.4 CP341做Modbus從站的編程
      從Step7 軟件下的EXAMPLE目錄中,找到項(xiàng)目名“zXX21_05_PtP_Com_MODSL”的項(xiàng)目,打開,然后將Modbus通訊模塊FB80傳遞到用戶項(xiàng)目中,打開路徑如下所示。


      圖12 Modbus Slave 例程打開路徑

      OB1中調(diào)用FB80編程如下:


      圖13 FB80程序塊調(diào)用

      CP卡初始化正常后,CP_START,CP_START_FM和CP_START_OK為1信號(hào),否則CP_START_ERROR為1,同時(shí)可以從ERROR_NR察看錯(cuò)誤信息,也可以在硬件組態(tài)中在線后的CP341的診斷緩沖區(qū)察看詳細(xì)的錯(cuò)誤信息,錯(cuò)誤信息對(duì)照和處理方式可以參考
      《S7-300以用于PtP CP Modbus 協(xié)議RTU格式S7的可裝載驅(qū)動(dòng)程序?yàn)閺恼尽返氖謨?cè)。

      FB80的各參數(shù)含義如下

      LADDR 硬件組態(tài)中CP341的起始邏輯地址,本例中為256
      START_TIMER 初始化超時(shí)定時(shí)器,本例中為T120
      START_TIME 初始化定時(shí)器時(shí)間,本例中為5S
      OB_MASK I/O訪問錯(cuò)誤屏蔽位,本例中為TrueI/O訪問錯(cuò)誤已屏蔽)
      CP_START FB初始化使能位,本例中為M0.0
      CP_START_FM CP_START 初始化的上升沿位,本例中為M0.1
      CP_NDR CP卡寫操作位,本例中為m0.2
      CP_START_OK 初始化完成且無錯(cuò)誤,本例中為M0.3
      CP_START_ERROR 初始化完成,但有錯(cuò)誤,本例中為M0.4
      ERROR_NR 錯(cuò)誤號(hào),本例中為MW2
      ERROR_INFO 錯(cuò)誤信息,本例中為MW4

      表5


      5. 通訊測(cè)試
      Modbus RTU格式通信協(xié)議是以主從的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)模趥鬏數(shù)倪^程中主站是主動(dòng)方,即主站發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求報(bào)文到從站,從站返回響應(yīng)報(bào)文。Modbus 系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換是通過功能碼來控制的,以下對(duì)現(xiàn)場(chǎng)常用的功能碼進(jìn)行分類測(cè)試,關(guān)于功能碼的詳細(xì)信息請(qǐng)參考手冊(cè)。

      5.1 FC01/05/15功能碼
      CP341從站的通訊區(qū)域配置


      圖14 FC01/05/15 參數(shù)組態(tài)界面

      FC01、FC05、FC15對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)為位輸出,數(shù)據(jù)的傳遞以位為單位,可以讀寫操作,用戶地址區(qū)為0xxxx,Modbus地址在信息傳遞中從0開始。如上圖,左邊為信息傳遞地址(地址區(qū)不能沖突),右邊對(duì)應(yīng)的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū)。例如左邊信息傳遞地址從0 ~ 7對(duì)應(yīng)用戶地址區(qū)為00001 ~ 00008,對(duì)應(yīng)S7-300的M10.0 ~ M10.7,并且以此為例說明FC01功能碼的通訊。
      S7-200主站程序調(diào)用


      圖15 功能碼FC01使用

      S7-200主站,用功能碼FC01讀取從站8點(diǎn)數(shù)字量輸出,接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域,測(cè)試截圖結(jié)果如下。


      圖16 FC01功能碼數(shù)據(jù)交換

      5.2 FC02功能碼
      CP341從站的通訊區(qū)域配置


      圖17 FC02 參數(shù)組態(tài)界面

      FC02對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)為位輸出,數(shù)據(jù)的傳遞以位為單位,只讀操作,用戶地址區(qū)為1xxxx,Modbus地址在信息傳遞中從0開始,如上圖,左邊為信息傳遞地址(地址區(qū)不能沖突),右邊對(duì)應(yīng)的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū)。例如左邊信息傳遞地址從0 ~ 7對(duì)應(yīng)用戶地址區(qū)為10001 ~ 10008,對(duì)應(yīng)S7-300的M20.0 ~ M20.7,并且以此為例說明FC02功能碼的通訊。
      S7-200主站程序調(diào)用


      圖18 功能碼FC02使用

      S7-200主站,用功能碼FC02讀取從站8點(diǎn)數(shù)字量輸入,接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域,測(cè)試截圖結(jié)果如下。


      圖19 FC02功能碼數(shù)據(jù)交換

      5.3 FC03/06/16 功能碼
      CP341從站的通訊區(qū)域配置


      圖20 FC03/06/16參數(shù)組態(tài)界面

      FC03/06/16 對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)為寄存器,數(shù)據(jù)的傳遞以字為單位,可以讀寫操作,用戶地址區(qū)為4xxxx,Modbus地址在信息傳遞中從0開始。如上圖,左邊為信息傳遞地址,右邊對(duì)應(yīng)的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū),左邊傳輸?shù)刂凡豢筛模疫呏粚?duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)。例如用戶地址
      區(qū)為40001 ~ 40004,對(duì)應(yīng)S7-300數(shù)據(jù)區(qū)為DB1.DBW0 ~ DB1.DBW6,并且以此為例說明
      FC03功能碼的通訊。
      S7-200主站程序調(diào)用


      圖21功能碼FC03使用

      S7-200主站,用功能碼FC03讀取從站4個(gè)字寄存器,接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域,測(cè)試截圖結(jié)果如下。


      圖22 FC03功能碼數(shù)據(jù)交換


      5.4 FC04 功能碼
      CP341從站的通訊區(qū)域配置


      圖23 FC04參數(shù)組態(tài)界面

      FC04對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)為寄存器輸入,數(shù)據(jù)的傳遞也以字為單位,只讀操作,用戶地址區(qū)3xxxx,Modbus地址在信息傳送中從0開始。如上圖,左邊為信息傳遞地址,右邊對(duì)應(yīng)的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū),左邊傳輸?shù)刂凡豢筛模疫呏粚?duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)。例如用戶地址區(qū)為30001 ~ 30004,對(duì)應(yīng)S7-300數(shù)據(jù)區(qū)為DB1.DBW0 ~ DB1.DBW6,并且以此為例說明FC04功能碼的通訊。
      S7-200主站程序調(diào)用


      圖24功能碼FC04使用

      S7-200主站,用功能碼FC04讀取從站4個(gè)字輸入寄存器,接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域,測(cè)試截圖結(jié)果如下。


      圖25 FC04功能碼數(shù)據(jù)交換

      5.5 Limits 欄


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