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