最新S7200的MODBUS详细应用示例.docx

1、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。S7200 Modbus 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Modbus RTU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Modbus RTU主设备，与一个或多个Modbus从站通讯。Modbus指令安装在STEP 7

2、 Micro/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 STEP 7 Micro/WIN 中，Modbus RTU 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

3、求 STEP 7 Micro/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 STEP 7 Micro/WIN 的组成局部。您如果需要使用 Modbus RTU 协议，必须先安装“STEP 7 Micro/WIN 32 Toolbox V1.0”(包括库)，然后安装运行“STEP 7 Micro/WIN。就会出现如图1的库。注意：这个函数库包含可以在 STEP 7 Micro/WIN V3.2 中使用的 Modbus RTU 协议库和 USS 协议库。如果您安装了 STEP 7 Micro/WIN V4.0 SP5 或者

4、更高版本，那么操作库中就会包含以下函数：Modbus RTU Master V1.2 对应端口 0 和端口 1 Modbus RTU Slave V1.0 对应端口 0 USS protocol V2.3 对应端口 0 和端口 1下面我对Modbus RTU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STEP 7-Micro/WIN通讯。MBUS_CTRL指令控

5、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，

6、专门保存用于Modbus变量。 S7-200 CPU必须是固化程序修订版2.00或最好支持Modbus主设备协议库(CPU MLFB 21x-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STEP 7-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STEP 7-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

7、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STEP 7-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，

8、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STEP 7-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Mod

9、bus CRC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

10、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Modbus CRC，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

11、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

12、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00001 Q0.000002 Q0.100003 Q0.2. .00127 Q15.600128 Q15.710001 I0.010002 I0.110003 I0.2.

13、 .10127 I15.610128 I15.730001 AIW030002 AIW230003 AIW4. .30032 AIW6240001 Hold Start40002 HoldStart+240003 HoldStart+4. .4xxxx HoldStart+2 x (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)

14、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

15、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。5 Modbus主设备未启用：在调用MBUS_MSG前，每次扫描时都调用MBUS_CTRL。6 Modbus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

16、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

17、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Modb

18、us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，MBUS CTRL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

19、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Modb

20、us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9999Modbus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

21、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

22、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S7-200 CPU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

23、站功能支持Modbus地址 读取或写入所需的Modbus从站功能00001 09999 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10001 19999离散输出读取写入功能2不能30001 39999 输入存放器读取写入功能4不能40001 49999 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

24、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MBU

25、S_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

26、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

27、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

28、, 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

29、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。S7-20

30、0 Modbus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S7-200 CPU的V存储器中与读取或写入请求相