200 Smart Modbus TCP通信详解.docx
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200SmartModbusTCP通信详解
200SmartModbusTCP通信详解
文章内容概述：
ØModbusTCP通信概述
ØModbusTCP客户端配置
ØModbusTCP服务器配置
ØModbusTCP轮询例程
ØS7-200SMARTCPU与调试助手进行ModbusTCP通信例程
Ø常见问题
1.ModbusTCP通信概述
ModbusTCP通信是通过工业以太网TCP/IP网络传输的Modbus通信。
S7-200SMART采用客户端-服务器方法，Modbus客户端设备通过该方法发起与Modbus服务器设备的TCP/IP连接。
建立连接后，客户端向服务器发出请求，服务器将响应客户端的请求。
客户端可请求从服务器设备读取部分存储器，或将一定数量的数据写入服务器设备的存储器。
如果请求有效，则服务器将响应该请求；如果请求无效，则会回复错误消息。
S7-200SMART支持做ModbusTCP的客户端或者服务器，可以实现PLC之间通信，也可以实现与支持此通信协议的第三方设备通信。
通信伙伴数量比较多的时候，可以使用交换机，扩展以太网接口，如图1.通信功能
图1.通信功能
STEP7-Micro/WINSMART从V2.4版本开始，软件中直接集成ModbusTCP库指令。
安装软件后，ModbusTCP指令位于STEP7-Micro/WIN SMART项目树中“指令”文件夹的“库”文件夹中。
如图2.ModbusTCP库指令所示。
指令分为客户端和服务器两种，目前指令版本为V1.0。
图2.ModbusTCP库指令
ModbusTCP客户端：
✓Modbus客户端指令MBUS_CLIENT使用CPU的以下资源：
✓占用主动连接资源。
最多有8个主动连接资源
✓连接多个服务器伙伴时，自动生成连接ID。
ModbusTCP客户端使用以下程序实体：
✓1个子程序
✓2849个字节的程序空间
✓V存储器的638字节模块，用于指令符号
ModbusTCP服务器：
✓Modbus服务器指令MBUS_SERVER使用CPU的以下资源
✓占用被动连接资源。
最多有8个被动连接资源
✓连接多个客户端伙伴时，自动生成连接ID。
ModbusTCP服务器使用下列程序实体：
✓1个子程序
✓2969个字节的程序空间
✓V存储器的445字节模块，用于指令符号
指令库编程后，必须从STEP7-Micro/WINSMART的为使用的指令分配库存储区地址。
2.ModbusTCP客户端配置
（1）S7-200SMARTModbusTCP客户端指令
STEP7-Micro/WINSMART从V2.4版本开始，软件中直接集成ModbusTCP库指令，无需单独安装或者购买。
安装软件后，ModbusTCP指令位于STEP7-Micro/WIN SMART项目树中“指令”文件夹的“库”文件夹中。
如图1.ModbusTCP库指令所示。
指令分为客户端和服务器两种，目前指令版本为V1.0。
客户端指令会占用开放式用户通信资源主动连接，最多8个；服务器指令会占用开放式用户通信资源的被动连接资源，最多也是8个。
图1.ModbusTCP库指令
（2）实验环境及通信任务
下面以两台S7-200SMART之间进行ModbusTCP通信为例，详细阐述客户端与服务器侧如何编程及通信的过程。
具体的实验环境见表1.；通信任务见表2：
表1.实验环境
操作系统
WIN7SP1专业版64位
编程软件
STEP7-Micro/WINSMARTV2.4版本
硬件
SR60:
6ES7288-1SR60-0AA0固件：
V2.4版本
ST20：
6ES7288-1ST20-0AA0固件：
V2.4版本
交换机：
CSM1276GK7277-1AA10-0AA0
表2.通信任务
硬件
通信角色
IP地址
端口号
读/写
数据区域
SR60
客户端
192.168.0.60
0
读
VB20-VB31
ST20
服务器
192.168.0.20
502
响应
VB0-VB11
（3）客户端侧指令编程
a.系统块中设置客户端的IP地址，以确保IP地址设置无误。
此步骤为可选，如果确定IP地址设置无误，可忽略此步骤。
设置方法如图2.所示。
图2.系统块设置IP地址
b.鼠标点击MAIN主程序的程序段1的编程区域，从库文件夹下找到ModbusTCP客户端指令MBUS_CLIENT，鼠标双击，指令出现在程序段1中，操作如图3.所示。
图3.添加客户端指令
c.填写客户端指令参数，如图4.所示。
图4.填写客户端参数
程序块具体参数详细解释介绍见表3.
参数及类型
数据类型
说明
Req
IN
BOOL
=1：
表示向服务器发送Modbus请求
Connect
IN
BOOL
=1：
尝试与分配的IP地址及端口号建立连接；
=0：
尝试断开已经建立的连接，忽略Req的任何请求
IPAddr1-4
IN
BYTE
填写ModbusTCP服务器的IP地址IPAddr1-4为高到低字节
IP_Port
IN
BYTE
填写ModbusTCP服务器的端口号
RW
IN
BYTE
指定操作模式=0：
读；=1写
Addr
IN
DWORD
要进行读写的参数的Modbus起始地址
Count
IN
INT
要进行读写的参数数据长度；
数字量输入/输出Count=1表示1bit，最大1920位
对于模拟量输入和保持寄存器，最大Count值为120字。
DataPtr
IN_OUT
DWORD
数据寄存器地址指针，指向本地用于读/写操作的数据地址区域的首地址
Done
OUT
BOOL
TRUE：
以下任一条件时为真：
客户端已与服务器建立连接；客户端已与服务器断开连接；客户端已接收Modbus响应；发生错误
FALSE：
客户端正忙于建立连接或等待来自服务器的Modbus响应。
Error
OUT
BOOL
出现错误，仅一个周期有效
d.鼠标选中程序块文件夹，单击右键，下拉菜单中选择库存储器，如图5.所示。
图5.点击库存储器
e.在库存储区分配对话框中手动输入存储区的起始地址。
此实例为VB5000开始，以使指令库可以正常工作。
确保库存储区与程序中其他已使用的地址不冲突。
使用建议地址无法确定是否有地址重叠，所以推荐手动输入正确的库存储区首地址。
如图6.所示。
图6.库存储区地址分配
f.编译项目，下载程序。
（4）通信测试结果
将M0.0置位为1，然后在状态图表中创建变量，VW20-VW30共6个字，监视值如图7.所示。
图7.读取服务器数据
（5）关于Modbus地址与CPU中数据区域地址对应关系说明
S7-200SMART做ModbusTCP通信，可以支持的功能码及功能描述及所占用的地址区，如表4.所示。
客户端会主动的发送请求，服务器响应。
在通信指令填写参数中没有直接填写功能码，而是通过多个参数填写共同确定功能码的。
表4.功能码概况说明
功能码（十进制）
功能描述
RW
Addr
Count
CPU地址
01
读数字量输出位
0
00001-09999
1-1920位
Q0.0-1151.7
02
读数字量输入位
0
10001-19999
1-1920位
I0.0-1151.7
03
读寄存器字
0
40001-49999
400001-465535
1-120字
V区
04
读模拟量输入字
0
30001-39999
1-120字
AIW0-AIW110
05
写数字量输出单个位
1
00001-09999
1位
Q0.0-Q1151.7
06
写寄存器单个字
1
40001-49999
400001-465535
1个字
V区
15
写数字量输出多个位
1
00001-09999
1-1920位
Q0.0-1151.7
16
写寄存器多个字
1
40001-49999
400001-465535
1-120字
V区
举例：
和ModbusTCP服务器交换数据参数支持功能码：
03，在客户端指令中设置两个参数确定03功能码：
RW=0：
确定读取数据，（筛选出可能会使用的功能码:
01,02,03,04），
Addr：
40001-49999/400001-465535，表示交换数据为寄存器类型的数据。
3.ModbusTCP服务器配置
（1）S7-200SMARTModbusTCP服务器指令
STEP7-Micro/WINSMART从V2.4版本开始，软件中直接集成ModbusTCP库指令，无需单独安装或者购买。
安装软件后，ModbusTCP指令位于STEP7-Micro/WIN SMART项目树中“指令”文件夹的“库”文件夹中。
如图1.ModbusTCP库指令所示。
指令分为客户端和服务器两种，目前指令版本为V1.0。
客户端指令会占用开放式用户通信资源主动连接，最多8个；服务器指令会占用开放式用户通信资源的被动连接资源，最多也是8个。
图1.ModbusTCP库指令
（2）实验环境及通信任务
下面以两台S7-200SMART之间进行ModbusTCP通信为例，详细阐述客户端与服务器侧如何编程及通信的过程。
具体的实验环境见表1.；通信任务见表2：
表1.实验环境
操作系统
WIN7SP1专业版64位
编程软件
STEP7-Micro/WINSMARTV2.4版本
硬件
SR60:
6ES7288-1SR60-0AA0固件：
V2.4版本
ST20：
6ES7288-1ST20-0AA0固件：
V2.4版本
交换机：
CSM1276GK7277-1AA10-0AA0
表2.通信任务
硬件
通信角色
IP地址
端口号
读/写
数据区域
SR60
客户端
192.168.0.60
0
读
VB20-VB31
ST20
服务器
192.168.0.20
502
响应
VB0-VB11
（3）服务器侧指令编程
a.系统块中设置服务器的IP地址，以确保IP地址设置无误。
此步骤为可选，如果确定IP地址设置无误，可忽略此步骤。
设置方法如图2.所示。
图2.系统块设置IP地址
b.鼠标点击MAIN主程序的程序段1的编程区域，从库文件夹下找到ModbusTCP服务器指令MBUS_SERVER，鼠标双击，指令出现在程序段1中，操作如图3.所示。
图3.添加服务器指令
c.填写服务器指令参数，如图4.所示。
图4.填写服务器参数
参数及类型
数据类型
说明
Connect
IN
BOOL
=1：
服务器接受来自客户端的请求；=0：
服务器可以断开已经建立的连接
IP_Port
IN
WORD
服务器本地端口号
MaxIQ
IN
WORD
对应数字量输入/输出点（对应Modbus地址参数0xxxx或者1xxxx）
可设置范围：
0-256,
=0表示禁用对输入和输出的所有读取和写入。
建议将MaxIQ值设置为256。
MaxAI
IN
WORD
对应模拟量输入参数（对应Modbus地址参数3xxxx）
可设置范围：
0-56。
=0表示禁用对模拟量输入的读取。
要允许访问所有CPU模拟量输入，MaxAI的建议值如下：
对于CPUCR40和CR60，为0
对于所有其它CPU型号，为56
MaxHold
IN
WORD
用于Modbus地址4xxxx或4yyyyy的V存储器中的字保持寄存器数。
HoldStart
IN
Dword
指向V存储器中保持寄存器起始位置的指针
Done
OUT
BOOL
TRUE：
以下任一条件时为真：
客户端已与服务器建立连接；客户端已与服务器断开连接；客户端已接收Modbus响应；发生错误
FALSE：
客户端正忙于建立连接或等待来自服务器的Modbus响应。
Error
OUT
BOOL
出现错误，仅一个周期有效
d.鼠标选中程序块文件夹，单击右键，下拉菜单中选择库存储器，如图5.所示。
图5.点击库存储器
e.在库存储区分配对话框中手动输入存储区的起始地址。
此实例为VB5000开始，以使指令库可以正常工作。
确保库存储区与程序中其他已使用的地址不冲突。
使用建议地址无法确定是否有地址重叠，所以推荐手动输入正确的库存储区首地址。
如图6.所示。
图6.库存储区地址分配
f.编译项目，下载程序。
✓通信测试结果
由于客户端要读取服务器的数据，在状态图表中修改当前值，如图7.所示
图7.状态图表赋值
4. ModbusTCP轮询例程
（1）S7-200SMART多请求处理
S7-200SMARTModbusTCP可支持多个连接，最多可达PLC允许的开放式用户通信连接的最大数（八个主动（客户端）连接和八个被动（服务器）连接）。
不可避免的会出现以下情况：
a.S7-200SMART作为服务器由多个客户端访问
b.S7-200SMART作为客户端访问多个服务器
下面就这种多请求处理的情况作相关的介绍。
S7-200SMART作为服务器由多个客户端访问：
S7-200SMARTCPU作为服务器由多个客户端访问时，需要S7-200SMARTCPU多次调用ModbusTCP服务器库指令，并且每个服务器需要配置不同的Port口，如图1所示。
图1.S7-200SMART多服务器例程
注意：
✓对应的库存储器地址需要使用建议地址不能重复使用。
✓S7-200SMART的开放式以太网通讯资源是8个主动资源8个被动资源。
✓端口号必须在1到49151的范围内。
建议端口号在2000到5000。
✓该例程使用STEP7-Micro/WINSMARTV2.4编写，使用硬件是ST60：
6ES7288-1ST60-0AA0固件：
V2.4版本
✓该例程ModbusTCP服务器，响应2个客户端请求，访问不同的V存储区
（2）S7-200SMART作为客户端访问多个服务器
S7-200SMARTCPU作为客户端访问多个服务器，服务器连接参数必须具有不同的IPAddr或IP_Port输入参数。
情景1：
S7-200SMART作为客户端访问多个服务器：
解决方法：
确保连接富余，可以建立多个不同的连接发送请求，调用"MBUS_CLIENT"，S7-200SMARTCPU内通过设置的不同的远程IP地址、端口号尝试建立连接。
该情景的相关步骤用户根据以上原则，自行编程即可。
情景2：
S7-200SMART作为客户端，访问同一个服务器，需要进行多次读写操作:
解决方法：
借助于同一个连接，考虑客户端做轮询，远程IP地址、端口号一致，分时调用“MBUS_CLIENT”指令，具体参考下方的轮询通信例程。
轮询原则：
在任意时间，只能有一个客户机请求处于激活状态，在一个请求完成执行后，下一个请求再开始执行，循环处理。
（3）ModbusTCP客户端轮询例程
本例程中使用done位做轮询，相比于用定时器做轮询，不会因为定时触发时间设置的过小导致两个指令冲突，或者定时触发时间设置过大增加通信时间的问题。
注意：
a.该例程使用STEP7-Micro/WINSMARTV2.4编写，使用硬件是ST60:
6ES7288-1ST60-0AA0固件：
V2.4版本，IP地址：
192.168.0.121
b.该例程仅访问一个服务器，两个MBUS_CLIENT指令轮询执行写和读，写入和读取服务器寄存器类型地址:
40001-40002共2个字，将需要写入服务器的数据放在VB700-VB703区域中，从服务器中读取的数据存储在本地的VB704-VB707区域中。
ModbusTCP客户端轮询例程：
为配合上方的客户端轮询程序，服务器的程序可参考下面的例程。
注意：
a.该例程使用STEP7-Micro/WINSMARTV2.4编写，使用硬件是SR60：
6ES7288-1SR60-0AA0固件：
V2.4版本，IP地址：
192.168.0.113
b.该例程ModbusTCP服务器，响应客户端请求，将数据存储在VB0-VB3的区域中，等待客户端写入和读取。
ModbusTCP服务器轮询例程：
5.S7-200SMART与调试助手之间ModbusTCP通信
STEP7-Micro/WINSMART从V2.4版本开始，软件中直接集成ModbusTCP库指令，无需单独安装。
安装软件后，ModbusTCP指令位于STEP7-Micro/WIN SMART项目树中“指令”文件夹的“库”文件夹中。
如图1.ModbusTCP库指令所示。
指令分为客户端和服务器两种，目前指令版本为V1.0。
客户端指令会占用开放式用户通信资源主动连接，最多8个；服务器指令会占用开放式用户通信资源的被动连接资源，最多也是8个。
图1.ModbusTCP库指令
（1）硬件和软件需求及所完成的通信任务
硬件：
1PC（带以太网卡）（IP地址192.168.0.1；子网掩码255.255.255.0）
2S7-200SMARTCPU（固件版本V2.5）（IP地址192.168.0.20；子网掩码255.255.255.0）
3TP以太网电缆
软件：
1STEP7Micro/WINSMART（软件版本V2.5）
2ModScan32
3ModbusSlave
所完成的通信任务：
1ModScan32接收6个字节数据：
<--（S7-200SMART侧做服务器响应）VW0~VW10
2ModbusSlave接收6个字节数据：
<--（S7-200SMART侧做客户端写） VW20~VW30
（2）ModScan32 （S7200SMART做服务器）
a.打开ModScan32软件
b.点击“Setup”---“DisplayDefinition”---设定“PointType”（本例程以保持型寄存器为例）---“Length”为6
如图1所示，设置完成后点击OK
图1.DisplayDefinition
c.点击“Connection”----“Connect”
图2. 建立连接
1Connect选择RemoteTCP/IPServer；
2设置IPAddress和端口号与cpu中设置的保持一致。
（3）S7-200SMART侧编程
a.打开STEP7Micro/WINSMART>项目树>指令树>库>ModbusTCPServer（v1.0）,调用MBUS_SERVER，如图5、图6所示。
图5.ModbusTCPServer指令库
图6.MBUS_SERVER
b.鼠标选中程序块文件夹，单击右键，下拉菜单中选择库存储器，如图7所示。
图7.点击库存储器
c.在库存储区分配对话框中手动输入存储区的起始地址。
此实例为VB5000开始，以使指令库可以正常工作。
确保库存储区与程序中其他已使用的地址不冲突。
使用建议地址无法确定是否有地址重叠，所以推荐手动输入正确的库存储区首地址。
如图8所示。
图8.库存储区地址分配
d.编译项目，下载程序。
通信结果如下：
图9.测试结果
（3）ModbusSlave （S7200SMART做客户端）
a.打开ModbusSlave软件
b.点击"Setup"---"Slave Definition"---设定Function”（本例程以保持型寄存器为例）---"Quantity"为6---"Display"为Signed
如图10所示，设置完成后点击OK
图10.SlaveDefinition
c.点击"Connection"----"Connect"
图11. 建立连接
①Connect选择TCP/IP；
②设置TCP/IPPort为502与cpu中设置的保持一致，勾选IgnoreUnitID。
（4）S7-200SMART侧编程
a.打开STEP7Micro/WINSMART>项目树>指令树>库>ModbusTCPClient（v1.4）,调用MBUS_CLIENT，如图12所示。
图12.MBUS_CLIENT
b.鼠标选中程序块文件夹，单击右键，下拉菜单中选择库存储器，如图13所示。
图13.点击库存储器
c.在库存储区分配对话框中手动输入存储区的起始地址。
此实例为VB5000开始，以使指令库可以正常工作。
确保库存储区与程序中其他已使用的地址不冲突。
使用建议地址无法确定是否有地址重叠，所以推荐手动输入正确的库存储区首地址。
如图14所示。
图14.库存储区地址分配
d.编译项目，下载程序。
通信测试结果:
在状态图表中创建变量，VW20-VW30共6个字，赋值后，将M0.0置位为1，监视值如图15所示。
图15.读取服务器数据
6.常见问题
（1）如何判断ModbusTCP连接是否建立？
答：
进行ModbusTCP通信，需要建立连接，
S7-200SMARTCPU作为ModbusTCP客户端时：
通过ModbusTCPClient指令MBUS_CLIENT的符号表中的mConnected参数来判断，如图1.所示
mConnected=1表示已经建立连接，mConnected=0表示尚未建立连接
图1.mConnected判断连接状态
S7-200SMARTCPU作为ModbusTCP服务器时：
通过ModbusTCPServer指令MBUS_SERVER的符号表中的mConnected参数来判断，如图2.所示
mConnected=1表示已经建立连接，mConnected=0表示尚未建立连接.
图2.mConnected判断连接状态
注意：
当PLC内存在多个客户端或者多个服务器时，不建议参考该状态点。
（2）如何查看错误代码？
答：
出现错误时，MBUS_CLIENT指令输出参数Done会为1，但是，Done在连接建立完成，连接断开，响应完成时都会出现置位为1的情况。
出现错误时，还有Error字节会显现出错误代码，仅保留一个周期时间。
综上所述，查看错误代码，可以按照图3.所示的方法进行。
图3.查看错误代码
（3）进行ModbusTCP通信寄存器类型数据，数据量大超过120个字如何处理？
答：
如果
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