最新S7200的MODBUS详细应用示例.docx
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最新S7200的MODBUS详细应用示例
S7200的MODBUS详细应用例如
修订历史记录
日期
版本
说明〔修改、补充、删除〕
作者
审核
<2009/4/3>
第一版〔已完〕
研发部·孙宝东
研发部·王振岳
5.13库存储区补充说明〔36页〕
注释:
红色字体为注意点;蓝色为修改补充;紫色为问题总结;茶色为暂时删除;绿色为住宿。
S7200Modbus主从协议
版本〔09年初稿版〕
制作:
研发部
前言:
Modbus从站协议指令可以配置S7-200,将其用作ModbusRTU从站,与Modbus主设备通讯。
Modbus主设备协议指令可以配置S7-200,将其用作ModbusRTU主设备,与一个或多个Modbus从站通讯。
Modbus指令安装在STEP7Micro/WIN指令树的"协议库"文件夹中。
有了这些新指令,您可以将S7-200用作Modbus设备。
当您在程序中参加Modbus指令时,会在工程中自动增加一个或多个相关子程序。
Modbus主设备协议库有两个版本。
一个版本使用CPU的端口0,另一个那么使用CPU的端口1。
端口1协议库的POU名中带有"_P1"(MBUS_CTRL_P1),表示POU使用CPU上的端口1。
在其它方面,这两个Modbus主设备协议库完全一致。
Modbus从站协议库仅支持端口0通讯。
在STEP7Micro/WIN中,ModbusRTU协议和USS协议操作库位于操作树的“库〞文件夹中。
MODBUS函数库要求STEP7Micro/WIN为V3.2或更高版本。
图1:
添加函数库
第一章使用Modbus协议库
前言:
这些库是附加函数库,并非组态软件STEP7Micro/WIN的组成局部。
您如果需要使用ModbusRTU协议,必须先安装“STEP7Micro/WIN32ToolboxV1.0”(包括库),然后安装运行“STEP7Micro/WIN〞。
就会出现如图1的库。
注意:
这个函数库包含可以在STEP7Micro/WINV3.2中使用的ModbusRTU协议库和USS协议库。
如果您安装了STEP7Micro/WINV4.0SP5或者更高版本,那么操作库中就会包含以下函数:
∙ModbusRTUMasterV1.2对应端口0和端口1
∙ModbusRTUSlaveV1.0对应端口0
∙USSprotocolV2.3对应端口0和端口1
下面我对ModbusRTU各指令功能与使用方法分别加以讲解:
1.使用Modbus主设备协议的要求
Modbus主设备协议指令使用以下S7-200资源:
·初始化Modbus主设备协议可以为Modbus主设备协议通讯指定专用CPU端口。
当CPU端口被用于Modbus主设备协议通讯时,就无法用于任何其它用途,包括与STEP7-Micro/WIN通讯。
MBUS_CTRL指令控制将端口0分配给Modbus协议或PPI,Mode为1时分配给Modbus协议,为0是分配给PPI。
将S7-200上的模式开关设为“STOP〞,端口零也会被复位为PPI协议模式。
MBUS_CTRL_P1指令(来自端口1协议库)控制将端口1分配给Modbus主设备协议或PPI。
·Modbus主设备协议指令影响与CPU通讯端口中自由端口通讯相关的所有SM位置。
·Modbus主设备协议指令使用3个子程序和1个中断例程。
·Modbus主设备协议指令要求两个Modbus主设备指令和支持例程有1620个字节的程序空间。
·Modbus主设备协议指令的变量要求284个字节的V存储器程序块。
该程序块的起始地址由用户指定,专门保存用于Modbus变量。
·S7-200CPU必须是固化程序修订版2.00或最好支持Modbus主设备协议库(CPUMLFB21x-2xx23-0XB0)。
·Modbus主设备协议库为某些功能使用用户中断。
用户中断不能被用户程序禁用。
提示:
欲将CPU通讯端口操作更换回PPI以便与STEP7-Micro/WIN通讯,将MBUS_CTRL指令的模式参数设置为零(0)。
您还可以将S7-200上的模式开关设置到STOP模式位置。
这些方法中的任一个将设置CPU通讯端口与STEP7-Micro/WIN通讯。
2.使用Modbus从站协议的要求
Modbus从站协议指令使用以下S7-200资源:
·初始化Modbus从站协议为Modbus从站协议通讯指定端口0。
当端口0被用于Modbus从站协议通讯时,就无法用于任何其它用途,包括与STEP7-Micro/WIN通讯。
MBUS_INIT指令控制将端口0指定给Modbus从站协议或PPI。
·Modbus从站协议指令影响与端口0中自由端口通讯相关的所有SM位置。
·Modbus从站协议指令使用3个子程序和2个中断例程。
·Modbus从站协议指令要求两个Modbus主设备指令和支持例程有1857个字节的程序空间。
·Modbus从站协议指令的变量要求779个字节的V存储器程序块。
该程序块的起始地址由用户指定,专门保存用于Modbus变量。
一定要设置V存储区,不然编译时会出现错误信息,设置过程很简单:
点击“文件〞→“库存储区〞,出现如下画面〔进行设置即可〕:
提示:
欲将端口0操作更换回PPI以便与STEP7-Micro/WIN通讯,用另一条MBUS_INIT指令重新指定端口0。
您还可以将S7-200上的模式开关设为STOP模式。
这样会将参数复原为端口0。
3.Modbus主设备协议的初始化和执行时间
Modbus主设备协议每次扫描都需要少量的时间来执行MBUS_CTRL指令。
MBUS_CTRL初始化Modbus主设备(首次扫描)需要大约1.11毫秒的时间,以后扫描需要大约0.41毫秒。
当MBUS_MSG子程序执行请求时,将执行扫描时间。
大多数时间用于计算ModbusCRC的请求和应答。
CRC(循环冗余检验)
确保通讯消息的完整性。
对于请求和应答中的每个字,扫描时间会延长约1.85毫秒。
最大请求/应答(读取或写入120个字)使扫描时间延长约222毫秒。
当在从站中接收应答并至少发出请求时,主要是读取请求在延长扫描时间。
当将数据发送到从站并至少收到应答时,主要是写入请求在延长扫描时间。
4.Modbus从站协议的初始化和执行时间
Modbus通讯使用CRC(循环冗余检验)确保通讯消息的完整性。
Modbus从站协议使用预先计算数值的表格减少处理消息的时间。
该CRC表初始化约需240毫秒。
初始化在MBUS_INIT子程序中进行,通常在进入RUN模式后用户程序首次扫描时执行。
如果MBUS_INIT子程序和任何其它初始化程序要求的时间超过500微秒扫描监视时间,您需要复原监视定时器,并将输出保持在启用状态(如果扩展模块要求)。
输出模块监视定时器可用向模块输出写入的方法复原。
请参阅监视复原指令。
当MBUS_SLAVE子程序执行请求时,扫描时间会延长。
由于大多数时间用于计算ModbusCRC,对于请求中和应答中的每个字节,扫描时间会延长约420微秒。
最大请求/应答(读取或写入120个字)使扫描时间延长约100毫秒。
5.Modbus主设备寻址
Modbus地址通常写作包含数据类型和偏移量的5个字符的数值。
第一个字符决定数据类型,最后四个字符在数据类型中选择适当的数值。
然后,Modbus主设备指令将地址映射至正确的功能,以便发送到从站。
Modbus主设备指令支持以下Modbus地址:
00001至09999是离散输出(线圈)
10001至19999是离散输入(触点)
30001至39999是输入存放器(通常是模拟量输入)
40001至49999是保持存放器
所有Modbus地址均以1为基位,表示第一个数据值从地址1开始。
有效地址范围将取决于从站。
不同的从站将支持不同的数据类型和地址范围。
6.Modbus从站寻址
Modbus地址通常被写为包含数据类型和偏移量的5个字符的数值。
第一个字符决定数据类型,最后四个字符在数据类型中选择适当的数值。
然后,Modbus主设备将地址映射至正确的功能。
Modbus从站指令支持以下地址:
00001至00128是映射至Q0.0-Q15.7的离散输出
10001至10128是映射至I0.0-I15.7的离散输入
30001至30032是映射至AIW0至AIW62的模拟输入存放器
40001至4xxxx是映射至V存储器的保持存放器。
所有Modbus地址均以1为基位。
下表显示映射至S7-200地址的Modbus地址。
Modbus地址S7-200地址
00001Q0.0
00002Q0.1
00003Q0.2
......
00127Q15.6
00128Q15.7
10001I0.0
10002I0.1
10003I0.2
......
10127I15.6
10128I15.7
30001AIW0
30002AIW2
30003AIW4
......
30032AIW62
40001HoldStart
40002HoldStart+2
40003HoldStart+4
......
4xxxxHoldStart+2x(xxxx-1)
Modbus从站协议允许您限制Modbus主设备可存取的输入、输出、模拟输入和保持存放器(V存储器)数量。
MBUS_INIT指令的MaxIQ参数指定Modbus主设备允许存取的离散输入或输出(I或Q)的最大数目。
MBUS_INIT指令的MaxAI参数指定Modbus主设备允许存取的输入存放器(AIW)的最大数目。
MBUS_INIT指令的MaxHold参数指定Modbus主设备允许存取的保持存放器(V存储器字)的最大数目。
请参阅MBUS_INIT指令说明,了解有关为Modbus从站设定存储器限制的进一步详情。
7.Modbus主设备MBUS_MSG执行错误代码
MBUS_MSG
错误代码说明
0无错误
1应答时奇偶校验错误:
仅当使用偶校验或奇校验时才会发生。
传输被干扰,可能会收到不正确的数据。
该错误通常是由电气故障(例如错误接线或者影响通讯的电噪声)引起的。
2未使用
3接收超时:
在"超时"时间内,没有来自从站的应答。
可能有以下一些原因:
与从站的电气连接有问题、主设备和从站设置为不同的波特率/奇偶校验设置,以及错误的从站地址。
4请求参数出错:
一个或多个输入参数(从站、读写、地址或计数)被设置为非法值。
检查文档中输入参数的允许值。
5Modbus主设备未启用:
在调用MBUS_MSG前,每次扫描时都调用MBUS_CTRL。
6Modbus忙于处理另一个请求:
一次只能激活一条MBUS_MSG指令。
7应答时出错:
收到的应答与请求不相关。
这表示从站中出现了某些错误,或者错误的从站应答了请求。
8应答时CRC错误:
传输被干扰,可能会收到不正确的数据。
该错误通常是由电气故障(例如错误接线或者影响通讯的电噪声)引起的。
101从站不支持在该地址处所请求的功能:
请参阅"使用Modbus主设备指令"帮助主题中的所需Modbus从站功能支持表。
102从站不支持数据地址:
"地址"加上"计数"所要求的地址范围超出了从站所允许的地址范围。
103从站不支持数据类型:
该"地址"类型不被从站支持。
104从站故障
105从站已接受消息但应答延迟:
这是MBUS_MSG的错误,用户程序应在稍后重新发送请求。
106从站忙,因此拒绝消息:
可以再次尝试相同的请求,以获得应答。
107从站因未知原因而拒绝消息
108从站存储器奇偶校验错误:
从站中有错误。
8.Modbus从站协议执行错误代码
错误代码说明
0无错误
1内存范围错误
2非法波特率或奇偶校验
3非法附属地址
4非法Modbus参数值
5保持存放器与Modbus附属符号重叠
6收到奇偶校验错误
7收到CRC错误
8非法功能请求/功能不受支持
9请求中的非法内存地址
10附属功能未启用
9.Modbus主设备高级用户信息
·返回的功能与请求不匹配(错误代码7)。
Modbus主设备将在设置"完成"和"错误"输出参数前,重新发送请求两个附加时间。
通过查找Modbus主设备符号表中的符号mModbusRetries然后在执行MBUS_CTRL后改变该值,可以更改重试次数。
mModbusRetries值是"字节"类型,重试范围是0至255。
内部字符超时
如果应答中字符之间的时间超出了指定的时间限制,Modbus主设备将中止来自从站的应答。
缺省时间设置为100毫秒,可允许Modbus主设备协议用于大多数有线或电话调制解调器联网的从站。
如果检测到该错误,MBUSCTRL"错误"参数将设置为错误代码3。
当字符之间需要较长的时间时,可能是因为传送介质(例如电话调制解调器)或者因为从站自身需要更多的时间。
通过查找Modbus主设备符号表中的符号mModbusCharTimeout然后在执行MBUS_CTRL
后改变该值,可以延长该超时时间。
mModbusCharTimeout值是"整型"类型,范围是1至少30000毫秒。
单个对多个位/字写入功能
某些Modbus从站不支持Modbus功能写入单个离散输出位(Modbus功能5)或写入单个保持存放器
(Modbus功能6)。
这些设备仅支持多个位写入(Modbus功能15)或多个存放器写入(Modbus功能16)。
如果从站不支持单个位/字Modbus功能,那么MBUS_MSG指令将返回错误代码101。
Modbus主设备协议允许强制MBUS_MSG指令,以使用多个位/字Modbus功能来取代单个的位/字
Modbus功能。
通过查找Modbus主设备符号表中的符号mModbusForceMulti然后在执行MBUS_CTRL
后改变该值,可以强制执行多个位/字指令。
mModbusForceMulti值是"布尔"数据类型,应该设置为"1"
以在写入单个位/存放器时强制使用多个位/字功能。
累加器用途
累加器(AC0、AC1、AC2,AC3)由Modbus主设备指令使用,并在"交叉参考"列表中显示。
累加器中的数值被Modbus主设备指令保存和恢复。
当执行Modbus主设备指令时,保存累加器中的所有用户数据。
保持存放器地址大于9999
Modbus保持地址通常在40001到49999的范围内。
该范围对大多数应用程序来说足够了,但是某些数据映射到保持存放器的Modbus从站所具有的地址超过9999。
这些设备不适合常规的Modbus寻址方案。
Modbus主设备指令支持通过可选的寻址方法对大于9999的保持存放器进行寻址。
MBUS_MSG指令允许参数"地址"具有附加范围以支持保持存放器地址的扩充范围。
400001至465536用于保持存放器
例如:
要访问保持存放器16768,MBUS_MSG的"地址"参数应该设置为416768。
扩充寻址允许访问Modbus协议支持的65536个可能地址的全部范围。
该扩充寻址仅支持保持存放器。
第二章使用Modbus主设备指令
前言:
欲在S7-200程序中使用Modbus主设备指令,请执行以下步骤:
1.在程序中插入MBUS_CTRL指令,并在每次扫描时执行MBUS_CTRL。
您可以使用MBUS_CTRL指令初始化或更改Modbus通讯参数。
当您插入MBUS_CTRL指令时,会在程序中自动增加几个受保护的子程序和中断例程。
2.使用协议库存储器命令,为Modbus主设备协议指令需要的V存储器指定一个起始地址。
3.将一条或多条MBUS_MSG指令放入程序中。
可以根据需要将尽可能多的MBUS_MSG指令放入程序中,但每次只能激活这些指令中的一条。
4.连接S7-200CPU上的端口0(或对端口1协议库是端口1)和Modbus从站之间的通讯电缆。
留神:
带有不同参考电位的互连装置会引起互连电缆中出现意外电流。
这些意外电流会引起通讯错误或损坏装置。
确保所有用通讯电缆连接的设备共享一个共用电路参考或单独隔离,以防不需要的电流通过。
Modbus主设备指令使用如下显示的Modbus功能读取或写入特定的Modbus地址。
Modbus从站必须支持所需的Modbus功能才能读取或写入特定的Modbus地址。
所需的Modbus从站功能支持Modbus地址
读取或写入
所需的Modbus从站功能
0000109999离散输出
读取
写入
功能1
功能5用于单个输出点功能15用于多个输出点
1000119999离散输出
读取
写入
功能2
不能
3000139999输入存放器
读取
写入
功能4
不能
4000149999保持存放器
读取
写入
功能3
功能6用于单个存放器功能16用于多个存放器
1.MBUS_CTRL指令(初始化主设备)
输入/输出
操作数
数据类型
模式
I,Q,M,S,SM,T,C,V,L
布尔
波特
VD,ID,QD,MD,SD,SMD,LD,AC,Constant,*VD,*AC,*LD
双字
奇偶校验
VB,IB,QB,MB,SB,SMB,LB,AC,Constant,*VD,*AC,*LD
字节
超时
VW,IW,QW,MW,SW,SMW,LW,AC,Constant,*VD,*AC,*LD
字
完成
I,Q,M,S,SM,T,C,V,L
布尔
错误
VB,IB,QB,MB,SB,SMB,LB,AC,*VD,*AC,*L
字节
用于S7-200端口0的MBUS_CTRL指令(或用于端口1的MBUS_CTRL_P1指令)可初始化、监视或禁用Modbus通讯。
在使用MBUS_MSG指令之前,必须正确执行MBUS_CTRL指令。
指令完成后立即设定"完成"位,才能继续执行下一条指令。
在每次扫描且EN输入翻开时执行该指令。
MBUS_CTRL指令必须在每次扫描时(包括首次扫描)被调用,以允许监视随MBUS_MSG指令启动的任何突出消息的进程。
除非每次调用MBUS_CTRL,否那么Modbus主设备协议将不能正确运行。
"模式"输入数值选择通讯协议。
输入值1将CPU端口分配给Modbus协议并启用该协议。
输入值0将CPU端口分配给PPI系统协议并禁用Modbus协议。
"波特"参数将波特率设为1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或115200波特。
"奇偶校验"参数被设为与Modbus从站奇偶校验相匹配。
所有设置使用一个起始位和一个停止位。
可接受的数值为:
0-无奇偶校验
1-奇校验
2-偶校验
"超时"参数设为等待来自从站应答的毫秒时间数。
"超时"数值可以设置的范围为1毫秒到32767毫秒。
典型值是1000毫秒(1秒)。
"超时"参数应该设置的足够大,以便从站有时间对所选的波特率作出应答。
"超时"参数用于确定Modbus从站是否对请求做出应答。
"超时"值确定Modbus主设备在发送了请求的最后一个字符后,将要等待多长时间才会有应答的第一个字符。
如果在"超时"规定的时间内至少收到应答的一个字符,Modbus主设备将从Modbus从站接收到整个应答。
MBUS_CTRL指令完成时,"完成"输出翻开。
"错误"输出包含执行该指令的结果。
下表定义了在执行MBUS_CTRL指令时会产生的错误条件。
MBUS_CTRL
错误代码说明
0无错误
1奇偶校验选择无效
2波特率选择无效
3超时选择无效
4模式选择无效
2.MBUS_MSG指令
输入/输出
数据类型
操作数
首次
I,Q,M,S,SM,T,C,V,L(以上升沿检测元素为条件的功率流)
布尔
从站
VB,IB,QB,MB,SB,SMB,LB,AC,Constant,*VD,*AC,*LD
字节
读写
VB,IB,QB,MB,SB,SMB,LB,AC,Constant,*VD,*AC,*LD
字节
地址
VD,ID,QD,MD,SD,SMD,LD,AC,Constant,*VD,*AC,*LD
双字
计数
VW,IW,QW,MW,SW,SMW,LW,AC,Constant,*VD,*AC,*LD
整型
DataPtr
&VB
双字
完成
I,Q,M,S,SM,T,C,V,L
布尔
错误
VB,IB,QB,MB,SB,SMB,LB,AC,*VD,*AC,*LD
字节
MBUS_MSG指令(或用于端口1的MBUS_MSG_P1)用于启动对Modbus从站的请求并处理应答。
当EN输入和"首次"输入翻开时,BUS_MSG指令启动对Modbus从站的请求。
发送请求、等待应答、并处理应答通常需要屡次扫描。
EN输入必须翻开以启用请求的发送,并应该保持翻开直到"完成"位被置位。
注释:
一次只能激活一条MBUS_MSG指令。
如果启用了多条MBUS_MSG指令,那么将处理所执行的第一条MBUS_MSG指令,之后的所有MBUS_MSG指令将中止并产生错误代码6。
"首次"参数应该在有新请求要发送时才翻开以进行一次扫描。
"首次"输入应当通过一个边沿检测元素(例如上升沿)翻开,这将导致请求被传送一次。
"从站"参数是Modbus从站的地址。
允许的范围是0到247。
地址0是播送地址,只能用于写请求。
不存在对地址0的播送请求的应答。
并非所有的从站会支持播送地址。
S7-200Modbus从站协议库不支持播送地址。
"读写"参数指定是否要读取或写入该消息。
"读写"参数允许使用以下两个值:
0-读,1-写。
离散输出(线圈)和保持存放器支持读取和写入请求。
离散输入(触点)和输入存放器仅支持读取请求。
"地址"参数是起始的Modbus地址。
允许使用以下取值范围:
00001至09999是离散输出(线圈);10001至19999是离散输入(触点);30001至39999是输入存放器;40001至49999是保持存放器"地址"的指定取值范围基于Modbus从站支持的地址。
"计数"参数指定在该请求中读取或写入的数据元素的数目。
"计数"值是位数(对于位数据类型)和字数(对于字数据类型)。
地址0xxxx-"计数"是要读取或写入的位数。
地址1xxxx-"计数"是要读取的位数。
地址3xxxx-"计数"是要读取的输入存放器的字数。
地址4xxxx-"计数"是要读取或写入的保持存放器的字数。
MBUS_MSG指令将读取或写入最大120个字或1920个位(240字节的数据)。
"计数"的实际限值将取决于Modbus从站中的限制。
"DataPtr"参数是指向S7-200CPU的V存储器中与读取或写入请求相