西门子ModbusRTU通信.docx

1、西门子ModbusRTU通信S7-200 Modbus RTU 通信关键字库文件RS485网络主站：编程地址错误例程从站：?编程地址错误例程S7-200 Modbus RTU 通信简介Modbus 是公开通信协议，具有两种串行传输模式，ASCII 和 RTU。详细的协议和规范，请访问 Modbus 组织的网站：http:/www.modbus.org/S7-200 通过以下方式支持 Modbus RTU 通信协议： S7-200 CPU 上的通信口 0（Port 0）通过指令库支持 Modbus RTU 从站模式 S7-200 CPU 上的通讯口 0 和 1 （Port 0 和 Port 1）

2、通过指令库支持 Modbus RTU 主站模式在 S7-200 CPU 通信口上实现的是 RS485 半双工通信，使用的是 S7-200 的自由口功能。?通过 S7-200 CPU 通信口的自由口模式实现 Modbus 通信协议，可以通过无线数据电台等慢速通信设备传输。 这为组成 S7-200 之间的简单无线通信网络提供了便利。详细情况请参考S7-200系统手册（2002 年 10 月或以后版本）的相应章节。?常问问题S7-200 是否支持 Modbus ASCII 通信模式？西门子不提供支持上述模式的的现成指令库，需要用户自己用自由口模式编程。1?Modbus RTU主站1.1?主站指令库1

3、.2?主站功能编程1.3?主站协议及地址1.4?主站例程1.5?主站常问问题2?Modbus RTU从站2.1?CPU 上的通信口（Port0）支持 Modbus RTU 从站通信协议2.2?从站编程基本步骤2.3?从站地址与S7-200的地址对应2.4?从站指令库支持的功能码2.5?从站例程2.6?从站常见问题3?STEP 7-Micro/WIN 的标准指令库3.1?分配库指令数据区3.2?添加指令库3.3?删除库指令4?RS-485网络4.1?S7-200系统中的RS-485通信5?RS-485网络的硬件组成5.1?连接网络连接器5.2?网络连接器5.3?线型网络结构5.4?终端电阻和偏置

4、电阻6?扩展阅读6.1?扩展阅读Modbus RTU主站1.1 Modbus RTU 主站指令库西门子在 Micro/WIN V4.0 SP5 中正式推出 Modbus RTU 主站协议库（西门子标准库指令）。图 1. 西门子标准指令库（Micro/WIN V4.0 SP5）注意 1. Modbus RTU 主站指令库的功能是通过在用户程序中调用预先编好的程序功能块实现的，该库对 Port 0 和 Port 1 有效。该指令库将设置通信口工作在自由口模式下。 2. Modbus RTU 主站指令库使用了一些用户中断功能，编其他程序时不能在用户程序中禁止中断。 3. Modbus RTU 主站库

5、对CPU的版本有要求。CPU 的版本必须为 2.00 或者 2.01（即订货号为 6ES721*23-0BA*），1.22版本之前（包括1.22版本）的 S7-200 CPU 不支持。使用 Modbus RTU 主站指令库，可以读写 Modbus RTU 从站的数字量、模拟量 I/O 以及保持寄存器。要使用 Modbus RTU 主站指令库，须遵循下列步骤： 1.安装西门子标准指令库 2.按照要求编写用户程序调用 Modubs RTU 主站指令库安装西门子标准指令库1.2 Modbus RTU 主站功能编程1. 调用 Modbus RTU 主站初始化和控制子程序使用 SM0.0 调用 MBUS

6、_CTRL 完成主站的初始化，并启动其功能控制：图 2. 用 SM0.0 调用 Modbus RTU 主站初始化与控制子程序各参数意义如下:a.EN使能：必须保证每一扫描周期都被使能（使用 SM0.0）b.Mode模式：为 1 时，使能 Modbus 协议功能；为 0 时恢复为系统 PPI 协议c.Baud波特率：支持的通讯波特率为1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200。d.Parity校验：校验方式选择0无校验1奇较验2偶较验?e.Timeout超时：主站等待从站响应的时间，以毫秒为单位，典型的设置值为 1000 毫秒（1 秒），允许设置的范

7、围为 1 - 32767。?注意：?这个值必须设置足够大以保证从站有时间响应。f.Done完成位：初始化完成，此位会自动置1。可以用该位启动 MBUS_MSG 读写操作（见例程）g.Error初始化错误代码（只有在 Done 位为1时有效）：0 无错误1 校验选择非法2 波特率选择非法3 模式选择非法2. 调用 Modbus RTU 主站读写子程序MBUS_MSG，发送一个Modbus 请求；图 3. 调用Modbus RTU 主站读写子程序各参数意义如下:a.EN使能：同一时刻只能有一个读写功能（即 MBUS_MSG）使能?注意：建议每一个读写功能（即 MBUS_MSG）都用上一个 MBUS

8、_MSG 指令的 Done 完成位来激活，以保证所有读写指令循环进行（见例程）。b.First读写请求位：每一个新的读写请求必须使用脉冲触发c.Slave从站地址：可选择的范围? 1 - 247d.RW从站地址：0 读， 1 写?注意：1. 开关量输出和保持寄存器支持读和写功能2. 开关量输入和模拟量输入只支持读功能e.Addr读写从站的数据地址：选择读写的数据类型00001 至 0xxxx - 开关量输出10001 至 1xxxx - 开关量输入30001 至 3xxxx - 模拟量输入40001 至 4xxxx - 保持寄存器f.Count数据个数通讯的数据个数（位或字的个数）?注意：?M

9、odbus主站可读/写的最大数据量为120个字（是指每一个 MBUS_MSG 指令）g.DataPtr数据指针：1. 如果是读指令，读回的数据放到这个数据区中2. 如果是写指令，要写出的数据放到这个数据区中h.Done完成位读写功能完成位i.Error错误代码：只有在 Done 位为1时，错误代码才有效0 无错误1 响应校验错误2 未用3 接收超时（从站无响应）4 请求参数错误（slave address, Modbus address, count, RW）5 Modbus/自由口未使能6 Modbus正在忙于其它请求7 响应错误（响应不是请求的操作）8 响应CRC校验和错误-101 从站不

10、支持请求的功能102 从站不支持数据地址103 从站不支持此种数据类型104 从站设备故障105 从站接受了信息，但是响应被延迟106 从站忙，拒绝了该信息107 从站拒绝了信息108 从站存储器奇偶错误常见的错误： 如果多个 MBUS_MSG 指令同时使能会造成 6 号错误 库存储区被程序其它地方复用，有时也会造成6 号错误 从站 delay 参数设的时间过长会造成主站 3 号错误 从站掉电或不运行，网络故障都会造成主站 3 号错误3. 在 CPU 的 V 数据区中为库指令分配存储区（Library Memory）Modbus Master 指令库需要一个284个字节的全局 V 存储区。参考

11、：分配库指令数据区1.3 关于 Modbus RTU 主站协议及地址此为西门子正式推出的标准库指令说明资料。在 Modbus RTU Master 协议和 PPI 协议之间切换：Modbus RTU Master 协议指令库使通信口工作在自由口模式下，此时不能与 Micro/WIN 软件通信。要在切换回 PPI 协议，可以： 将 MBUS_CTRL 指令的 Mode 输入端设置为逻辑0 将 CPU 的允许模式选择开关置为 STOP 位置Modbus RTU Master 协议库的执行时间：Modbus RTU Master 协议库的 MBUS_CTRL 指令不需要很长的执行时间。MBUS_需要

12、 1.11 ms 用于初始化，在后续的每个扫描周期中只占用 0.41 ms。调用 MBUS_MSG 子程序会加长处理时间。大部分时间都用于 CRC 校验的计算。每读、写一个字的数据就需要 1.85 ms 扫描时间。数据最多的情况下（读、写 120 字的数据），扫描时间大概会扩增加 222 ms。读操作的时间主要消耗在接收数据上；写操作的时间主要消耗在发送数据上。Modbus 地址通常 Modbus 地址由 5 位数字组成，包括起始的数据类型代号，以及后面的偏移地址。Modbus Master 协议库把标准的 Modbus 地址映射为所谓 Modbus 功能号，读写从站的数据。Modbus Ma

13、ster 协议库支持如下地址： 00001 - 09999：数字量输出（ 线圈） 10001 - 19999：数字量输入（触点） 30001 - 39999：输入数据寄存器（通常为模拟量输入） 40001 - 49999：数据保持寄存器Modbus Master 协议库支持的功能为了支持上述 Modbus 地址的读写，Modbus Master 协议库需要从站支持下列功能：表 1. 需要从站支持的功能Modbus 地址读/写Modbus 从站须支持的功能00001 - 09999数字量输出读功能 1写功能 5：写单输出点功能 15：写多输出点10001 - 19999数字量输入读功能 2写30

14、001 - 39999输入寄存器读功能 4写40001 - 49999保持寄存器读功能 3写功能 6：写单寄存器单元功能 16：写多寄存器单元Modbus 地址和 S7-200 存储区地址的映射S7-200 通过 Modbus Master 和 Slave 协议库通信时，Modbus 地址和 S7-200 内存储区地址的 映射关系都类似。Modbus 保持寄存器地址映射举例：Modbus 数字量地址映射举例：位地址（0xxxx 和 1xxxx）数据总是以字节为单位打包读写。第一个字节中的最低有效位对应 Modbus 地址的起始地址。如下图所示：图 4. 数字量地址映射举例1.4 Modbus

15、RTU 主站例程为了更好地理解 Modbus 主站的编程，可参考下面的例程。例子程序1: 多个MBUS_MSG指令轮询执行，注意 1. 该例程使用 Micro/WIN V4.0 SP5 保存。 2. 该例程仅访问一个从站，若访问不同的从站，可通过改变从站地址来实现。Modbus RTU 主站指令库应用例程例子程序2：反复激活单个MBUS_MSG指令：Modbus RTU 主站变址方式轮询访问应用例程注意：此指令库/程序的作者和拥有者对于该软件的功能性和兼容性不负任何责任。使用该软件的风险完全由用户自行承担。由于它是免费的，所以不提供任何担保，错误纠正和热线支持，用户不必为 此联系西门子技术支持

16、与服务部门。1.5 Modbus RTU 主站常问问题Modbus RTU 主站库对 CPU 的版本是否有要求，为什么编译例子程序时，会遇到 4 个错误？Modbus RTU 主站库对 CPU 的版本确实有要求，CPU 的版本必须为 2.00 或者 2.01(即订货号为6ES721*23-0BA*)，1.22 版本之前（包括 1.22 版本）的 S7-200 CPU 不支持。Modbus 指令库启动后，如何通过同一个通信端口进行 CPU 监控？Modbus 指令库使用的是 CPU 的自由口通信功能，工作在自由口模式下的通讯口不能使用 Micro/WIN 的 PPI 编程通信监控。如果通信口都已

17、经被占用，可以考虑： 加一个通信模块（如 EM 277、CP 243-1、EM 241 等）扩展出一个编程通信口 中止自由口模式，可以将 CPU 上的模式开关从 RUN 拨到 STOP；或者保持处于 RUN 状态，用程序停止指令库的 Modbus 模式（参见指令库应用）?如何理解 Modbus 地址与功能码的区别？Modbus 地址与 Modbus 的功能码是两个层次的概念。根据 Modbus 通信协议，Modbus 数据的地址使用 0xxxx、1xxxx、3xxxx 和 4xxxx 的形式，分别表示数字量输出、数字量输入、模拟量输入等数据地址。在使用 S7-200 的指令库时，Modbus

18、数据地址与 S7-200 的 I/O 和数据存储区地址间有特定的对应关系。有些设备表明它支持 Modbus RTU 通信协议，但也详细提供了读写数据的详细通信帧格式，其中包括如何指定 Modbus 站的地址，需要读写数据类型、长度等等。数据帧有特定字节指出此指令读写的数据类型和地址，此字节的数据内容即所谓功能码，如功能 1 指定读取单个/多个数字量输出点的值。支持 Modbus 协议的设备或软件，使用时用户直接设置或看到的应当是 Modbus 数据地址。Modbus 地址所访问的数据，是通过各种功能读写而来。功能码是 Modbus 地址的底层。如果 Modbus 通信的一方提供的所谓 Modb

19、us 协议只有功能码，则需要注意了解此功能号与 Modbus 地址间的对应关系。如何访问大于 9999 的保持寄存器地址？通常 Modbus 协议的保持寄存器地址范围在 40001 - 49999 之间。对于多数应用来说已经够了。但有些 Modbus 从站把地址映射到保持寄存器区的地址超过 9999 的部分。Modbus Master 协议库支持超过 9999 的保持寄存器地址。地址范围为 400001 - 465536。只需在调用 MBUS_MSG 子程序时给 Addr 参数赋相应的值即可，如 416768。?Modubs Master 扩展地址模式仅支持保持寄存器区，不支持其他地址类型。S

20、7-200 作为 Modbus 主站方接收上来的数据格式与第三方设备不一样怎么办？西门子PLC数据的存储格式为高位低存方式。举例：VD200中包含VW200和VW202，其中VW202是低字，VW200是高字。若第三方设备与西门子数据存储格式不同，是低位低存的方式，那么通信上来的数据就会存在错误，需要进行转换才能使用。编程的方式比较多样，针对双字中高低字的交换可以使用SWAP(字交换）指令，若是字节交换可以考虑循环移位指令。S7-200 是否支持如 Modbus TCP 等其它协议？不支持。S7-200自身的通信端口或其通信扩展模块均不支持 Modbus TCP、CANopen、DeviceN

21、et 以及 BACnet 通信协议。?为什么 S7-200 作 Modbus 主站时 MBUS_MSG 指令报6号错误？引起6号错误主要有两方面的原因：1.多个 MBUS_MSG 指令同时使能执行；2. Modbus库存储区中分配的建议地址区与编程中已使用的V存储区有重叠。Modbus RTU从站2.1 CPU 上的通信口（Port0）支持 Modbus RTU 从站通信协议S7-200 CPU上的通信口Port0可以支持Modbus RTU协议，成为Modbus RTU从站。此功能是通过S7-200的自由口通信模式实现，因此可以通过无线数据电台等慢速通信设备传输。?详情请参考S7-200系统

22、手册之相关章节。要实现Modbus RTU通信，需要STEP 7-Micro/WIN32 V3.2以上版本的编程软件，而且须安装STEP 7-Micro/WIN32 V3.2 Instruction Library（指令库）。Modbus RTU功能是通过指令库中预先编好的程序功能块实现的。?Modbus RTU从站指令库只支持CPU上的通信0口（Port0）。2.2 编程基本步骤：检查Micro/WIN的软件版本，应当是STEP 7-Micro/WIN V3.2以上版本。检查Micro/WIN的指令树中是否存在Modbus RTU从站指令库（图1），库中应当包括MBUS_INIT和MBUS_

23、SLAVE两个子程序。如果没有，须安装Micro/WIN32 V3.2的Instruction Library（指令库）软件包；图1. 指令树中的库指令编程时使用SM0.1调用子程序MBUS_INIT进行初始化，使用SM0.0调用MBUS_SLAVE，并指定相应参数。关于参数的详细说明，可在子程序的局部变量表中找到；图2. 调用Modbus RTU通信指令库图中参数意义如下： 模式选择：启动/停止Modbus，1=启动；0=停止 从站地址：Modbus从站地址，取值1247 波特率：可选1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200 奇偶校验：0=无校

24、验；1=奇校验；2=偶校验 延时：附加字符间延时，缺省值为0 最大I/Q位：参与通信的最大I/O点数，S7-200的I/O映像区为128/128，缺省值为128 最大AI字数：参与通信的最大AI通道数，可为16或32 最大保持寄存器区：参与通信的V存储区字（VW） 保持寄存器区起始地址：以&VBx指定（间接寻址方式） 初始化完成标志：成功初始化后置1 初始化错误代码 Modbus执行：通信中时置1，无 Modbus 通信活动时为 0。 错误代码：0=无错误表?1.?从站错误代码错误代码描述0无错误1存储区范围错误2非法波特率或校验3非法从站地址4Modbus 参数的非法值5保持寄存器与Modb

25、us从站符号地址重复6接收校验错误7接收CRC错误8非法功能请求/不支持的功能9请求中有非法存储区地址10从站功能未使能在CPU的V数据区中分配库指令数据区（Library Memory）；如有必要，使用主站软件测试。注意：由子程序参数HoldStart和MaxHold指定的保持寄存器区，是在S7-200 CPU的V数据存储区中分配，此数据区不能和库指令数据区有任何重叠，否则在运行时会产生错误，不能正常通信。注意Modbus 中的保持寄存器区按字寻址，即MaxHold规定的是VW而不是VB的个数。在图2的例子中，规定了 Modbus 保持寄存器区从 VB0 开始（HoldStart VB0），

26、并且保持寄存器为1000个字（MaxHold1000），因保持寄存器以字（两个字节）为单位，实际上这个通信缓冲区占用了VB0VB1999共2000个字节。因此分配库指令保留数据区时至少要从VB2000开始。当然保持区不一定要从VB0开始。注意：你选用的CPU的V存储区大小！CPU型号不同V数据存储区大小不同。应根据需要选择Modbus保持寄存器区域的大小。包含 Modbus RTU 从站指令库的项目编译、下载到CPU中后，在编程计算机（PG/PC）上运行一些 Modbus 测试软件可以检验S7-200的Modbus RTU通信是否正常，这对查找故障点很有用。测试软件通过计算机串口（RS-232

27、）和PC/PPI电缆连接CPU。如果必要，须将PC/PPI电缆设置在自由口通信方式。可到一些软件下载网站寻找类似软件，如 ModScan32 等。2.3 Modbus RTU 从站地址与S7-200的地址对应Modbus地址总是以00001、30004之类的形式出现。S7-200内部的数据存储区与Modbus的0、1、3、4共4类地址的对应关系如下：表2. Modbus地址对应表Modbus地址S7-200数据区00001 00128Q0.0 Q15.710001 10128I0.0 I15.730001 30032AIW0 AIW6240001 4xxxxT T + 2 * (xxxx -1

28、)其中T为S7-200中的缓冲区起始地址，即 HoldStart。如果已知S7-200中的V存储区地址，推算Modbus地址的公式如下：Modbus地址 = 40000 + (T/2+1) ; T为偶数2.4 Modbus RTU 从站指令库支持的功能码Modbus RTU 从站指令库支持特定的 Modbus 功能。访问使用此指令库的主站必须遵循这个指令库的要求。表 3. Modbus RTU 从站功能码功能码主站使用相应功能码作用于此从站的效用1读取单个/多个线圈（离散量输出点）状态。 功能 1 返回任意个数输出点（Q）的 ON/OFF 状态。2读取单个/多个触点（离散量输入点）状态。 功能

29、 2 返回任意个数输入点（I）的 ON/OFF 状态。3读取单个/多个保持寄存器。功能 3 返回 V 存储区的内容。在 Modbus 协议下保持寄存器都是字值，在一次请求中可以读取最多 120 个字的数据。4读取单个/多个输入寄存器。功能 4 返回 S7-200 的模拟量数据值。5写单个线圈（离散量输出点）。功能 5 用于将离散量输出点设置为指定的值。这个点不是被强制的，用户程序可以覆盖 Modbus 通信请求写入的值。6写单个保持寄存器。功能 6 写一个值到 S7-200 的 V 存储区的保持寄存器中。15写多个线圈（离散量输出点）。功能 15 把多个离散量输出点的值写到 S7-200 的输

30、出映像寄存器（Q 区）。输出点的地址必须以字节边界起始（如 Q0.0 或 Q2.0），并且输出点的数目必须是 8 的整数倍。这是此 Modbus RTU 从站指令库的限制。些点不是被强制的，用户程序可以覆盖 Modbus 通信请求写入的值。16些多个保持寄存器。功能 16 写多个值到 S7-200 的 V 存储区的保持寄存器中。在一次请求中可以写最多 120 个字的数据。2.5 Modbus RTU 从站例程Modbus RTU 从站例程需要 STEP 7-Micro/WIN V4.0 SP3 以上版打开2.6 Modbus RTU 从站常见问题Modbus 从站的网络地址与 S7-200 的 CPU 网络地址有什么关系？没有关系。支持网络通信的通信协议必须有其自己的网络寻址规定。 Modbus 从站的地址只是它在 M