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【】绝密 【】NDA 【X】公开 一、 组网概述本文以 ZKA-4488-RS485 为例介绍西门子PLC与深圳市综科智控科技开发有限公司的IO设备进行Modbus通讯的步骤设置。ZKA-4488-RS485 是 8 路数字量输入（DI），8 路数字量输出（DO），4路模拟量输入（AI，0/4-20mA），4 路模拟量输出设备（AO，0/4-20mA），485 通信总线。
以 ZKA-4488-RS485 出厂默认通讯参数如下： 站号：01 波特率：115200（注意：客户需要参照综科智控公司的配置指导文档，将ZKA-4488-RS485模块的波特率修改为9600才能适用本例中的介绍） 数据格式：8，N，1 二、 S7-200 Modbus RTU通信1 S7-200 Modbus RTU 通信简介 Modbus是公开通信协议，详细的协议和规范，请访问 Modbus 组织的网站：http://www./ Modbus具有两种串行传输模式：分别为ASCII和RTU。Modbus是一种单主站的主从通信模式，Modbus网络上只能有一个主站存在，主站在Modbus网络上没有地址，每个从站必须有唯一的地址，从站的地址范围为0 - 247，其中0为广播地址，从站的实际地址范围为1 - 247。 Modbus RTU通信以主从的方式进行数据传输，在传输的过程中Modbus RTU主站是主动方，即主站发送数据请求报文到从站，Modbus RTU从站返回响应报文。 S7-1200以下模块支持 Modbus RTU通信：
2 Modbus RTU 主站指令库 随着 TIA PORATL 软件和 S7-1200 CPU 固件的不断更新，S7-1200 Modbus RTU 指令也出现了不同的版本。 用户需要根据使用的软件和硬件，正确选择使用符合要求的 S7-1200 Modbus RTU 指令来实现 Modbus RTU 通信。 软件，硬件要求和指令版本说明如下。 TIA PORTAL 中的 S7-1200 Modbus RTU 指令TIA PORTAL 软件中提供了2个版本的 Modbus RTU指令。如下图 1 所示：
注意：新版本 Modbus RTU 指令的使用限制条件
Modbus RTU V1 - V2 版本指令介绍（S7-1200 作为Modbus RTU 主站）S7-1200 支持Modbus RTU通信模式的模块可作为Modbus RTU主站。以下以 CPU1215C DC/DC/DC和CM1241 RS485 模块为例，介绍S7-1200 Modbus RTU 主站通信组态及编程步骤。 硬件和软件需求及所完成的通信任务: 硬件： 软件： 1.组态Modbus RTU 通信模块 在硬件目录里找到“通信模块”→“点到点”→“CM1241(RS485)”，双击或拖拽此模块至CPU左侧即可，如下图1所示： 图1 组态通信模块 接下来，在“设备视图”中用鼠标选中CM1241(RS485)模块，在“属性”→“端口组态”中配置此模块硬件接口参数。如下图2所示： 以下以传输率=9.6Kbps，奇偶校验=无奇偶校验，数据位=8位字符，停止位=1，其它保持默认设置为例。注意：请把ZKA-4488-RS485模块的波特率改成和此处一致的参数。 图2 RS485 端口设置 最后在“硬件标识符”里确认一下硬件标识符为271，如下图3所示： 图3 硬件标识符 2.添加启动OB 在项目树下选择“CPU1215C DC/DC/DC”→“程序块”→“添加新块”，在弹出的窗口中选择“OB 组织块”→ “Startup”，添加启动OB 100，如下图4所示： 图4 添加启动OB 3.调用MB_COMM_LOAD指令 为使端口一启动就被设置为Modbus RTU通信模式，可在OB 100中调用“MB_COMM_LOAD”指令。调用“MB_COMM_LOAD”指令时会自动弹出创建相应背景数据块的界面，如下图5所示： 图5 调用MB_COMM_LOAD指令 点击“确认”为该指令创建背景数据块后，为各输入/输出引脚分配地址。尤其需注意MB_DB输入引脚需指向“MB_MASTER”指令的背景数据块，如下图6所示： 注意： “MB_COMM_LOAD”指令输入位“REQ”需使用上升沿触发。由于OB 100只在S7-1200启动时执行一次，因此，此例中将“REQ”设为“TRUE”。 图6 MB_COMM_LOAD指令 MB_COMM_LOAD指令参数意义如下表1所示：
表1 MB_COMM_LOAD指令参数意义 4.创建DATA_PTR数据发送、接收缓冲区 通过“程序块”→ “添加新块”，选择“数据块（DB）”创建 DB 块，选择“标准与S7- 300/400兼容” ，点击“确认”键。在DB中创建数据类型为5个字的数组，如下图7所示： 注意：DATA_PTR数据发送、接收缓冲区使用的DB访问类型必须是标准与S7- 300/400兼容。 图7 创建DATA_PTR 数据发送、接收缓冲区 5.调用MB_MASTER指令 在OB1中调用“MB_MASTER”指令，调用该指令时会自动弹出创建相应背景数据块的界面，如下图8所示： 图8 调用MB_MASTER指令 点击“确认”为该指令创建背景数据块后，并为各输入/输出引脚分配地址，如下图9所示： 注意：“MB_MASTER”指令的输入位“REQ”必须使用上升沿触发。 以下以S7-1200作为Modbus RTU主站，用F04功能码读取Modbus RTU从站2，从Modbus地址30001开始的五个字，接收的数据存放在缓冲区DB3.DBW0开始区域为例。设置如下所示：MB_ADDR=2，MODE=0，DATA_ADDR=30001，DATA_LEN=5。 地址对应关系如下表2所示：
表2 Modbus地址对应关系
图9 MB_MASTER指令 MB_MASTER指令参数意义如下表3所示：
表3 MB_MASTER指令参数意义 关于MODE，DATA_ADDR，DATA_LEN可在下表4中查看：
表4 MB_MASTER Modbus功能表 7. Modbus RTU测试结果 在STEP 7 Professional
V11 UPD4软件中打开该项目CPU1215C
DC/DC/DC的“监控表”，触发“MB_MASER”指令的输入位M10.0。PLC主站将从站ZKA-4488-RS485地址30001中的数值11，30002中的数值12，30003中的数值13，30004中的数值14，30005中的数值15，分别读取到了地址DB3.DBW0，DB3.DBW2，DB3.DBW4，DB3.DBW6，DB3.DBW8中，如下图12所示： 图12 Modbus RTU测试结果 S7-1200 Modbus RTU通信模式的多地址或多站点轮询多个CM 1241 RS485 通讯模块之间可以使用 PROFIBUS 电缆相互连接。可以将 1 个主站和最多 31 个 MODBUS 从站使用 PROFIBUS 电缆连接组网。 S7-1200 Modbus RTU轮询需要通过上一条”MB_MASTER“指令输出位“Done“=1来触发下一条“MB_MASTER“指令。具体说明及编程思路请参考以下链接： 如何使用STEP 7(TIA Portal)V11为SIMATIC S7-1200建立Modbus RTU通讯？ http://support.automation./CN/view/zh/47756141 MB_COMM_LOAD和MB_MASTER指令STATUS错误代码
表5 MB_COMM_LOAD指令STATUS错误代码
表6 MB_MASTER指令STATUS错误代码（指令的通信和组态错误消息）
表7 MB_MASTER指令STATUS错误代码（Modbus 协议的错误消息） 4 连接超时参数 S7-1200 Mobus RTU通信网络中包含多个从站站点时，由于轮询的网络特性，只能同时读或写一个站点数据。因此有如下因素，会影响到最终整体的轮询时间： 1. 通信速率（波特率）设置时间 2. 每个站点的通信数据量 3. 站点数量 4. 通信距离 5. 各站点连接时间 无论是由于信号干扰，硬件质量引起的从站掉站或是由于工程需要暂时关闭站点，此时都会由于“各站点连接时间”的增加而使通信系统的轮询时间大大延长。在S7-1200的Modbus RTU通信中，主要有三个参数与“各站点连接时间”的设置相关。 1. 从站响应时间RESP_TO如图1所示，V2.x版本的MB_COMM_LOAD初始化块可设置从站响应时间RESP_TO参数： 设置单次连接从站的可响应时间，范围为5ms到65535ms（默认值为1000ms）；即如从站在此时间段内未作出响应，则MB_MASTER将在发送指定次数的重试请求后终止请求并提示错误信息80C8。 图1. RESP_TO参数设置 注意：如图2所示，Modbus从站的执行频率须至少小于RESP_TO设置的响应时间（需要考虑响应延迟时间），才可以正常通讯。 图2. 从站响应时间 2.重试次数RETRIES在初始化功能块MB_COMM_LOAD的背景数据块中，可设置重试次数RETRIES参数： 主站在返回无响应错误代码0x80C8 之前的重试次数。（默认值为2次） 图3 RETRIES参数设置 注意：在更改RETRIES参数后，需要重新使能MB_COMM_LOAD功能块的REQ管脚，否则更改参数不生效。 3. 主站定时参数Blocked_Proc_Timeout当由于某些原因（如已发出主站请求，但在彻底完成该请求前停止调用主站功能块时），造成Done及Error均没有置1时，需要提供一个定时时间，在时间到达后置位，以便执行下一个功能块或轮询下一个站点。 MB_Master的背景数据块中提供了主站定时参数Blocked_Proc_Timeout（范围0S到5.5S，默认3S） 此前的RESP_TO 是针对从站响应时间的，而Blocked_Proc_Timeout则是针对主站的定时时间，此功能参数用于防止单个 MB_Master 指令独占或锁定对端口的访问。 图4. Blocked_Proc_Timeout参数设置 5 Modbus RTU 主站常问问题 S7-1200 是否支持 Modbus ASCII 通信模式？ 西门子不提供支持上述通信模式的的现成指令，需要用户自己用自由口模式编程。 Modbus RTU指令V1和V2两个版本有什么区别？ Modbus RTU指令版本 V2 将参数 “REQ” 和 “DONE” 添加到“MB_COMM_LOAD”指令。而且，“MB_MASTER”和“MB_SLAVE ”指令的“MB_ADDR ”参数现在允许一个 UInt 值以进行扩展寻址。 同一CPU程序中是否可以同时使用V1和V2两个不同版本的Modbus RTU指令？ 不能在同一CPU 程序中同时使用V1（V1.x）和V2（V2.y）指令版本。用户程序的 Modbus 指令必须具有相同的主版本号；主版本组内的各个指令可具有不同的次版本号。 S7-1200 通信模块CM1241是否可作为Modbus RTU主站或作为Modbus RTU从站？ 对S7-1200 通信模块CM1241组态并编程调用“MB_COMM_LOAD”指令，可将其设置为Modbus RTU通信模式。通过编程调用“MB_MASTER”指令，S7-1200 通信模块CM1241可作为Modbus RTU主站，或调用“MB_SLAVE”指令，S7-1200 通信模块CM1241可作为Modbus RTU从站。 注意：无论S7-1200 通信模块CM1241作为Modbus RTU主站还是从站，都需要调用“MB_COMM_LOAD”指令进行编程。 由于某一个从站掉站引起的轮询周期时间延长，如何减小此影响？ 通常，S7-1200可同时调整两个参数：从站响应时间 RESP_TO和重试次数 RETRIES，用于减小Modbus从站掉站或暂时关闭而增大的轮询周期时间。 MB_MASTER报错8200(端口正忙于处理传送请求)，如何处理？ 此情况是由于MB_MASTER的DONE或ERROR均未置位从而与后续MB_MASTER冲突导致。确保接通下一个MB_MASTER的时间大于Blocked_Proc_Timeout的设定时间（默认3S）。 如何检查S7-1200 通信模块CM1241是否已被成功设置为Modbus RTU通信模式？ 可在程序或监控表中查看“MB_COMM_LOAD”指令的输出位“DONE”，“ERROR”以及“STATUS”状态来判断S7-1200 通信模块CM1241是否已被成功设置为Modbus RTU通信模式。
执行“MB_MASTER”指令，总是显示输出位“Busy”=1，为什么？ 因为端口正忙于处理传送请求。出现该错误时请检查“MB_MASTER“指令输入位”REQ“是否为上升沿触发，或是否有其它的多个“MB_MASTER”指令在执行。 通过执行“MB_MASTER”指令无法写入或读取Modbus RTU丛站地址的数据，但程序中监视“MB_MASTER”指令错误位“Error”=0，错误代码“STATUS”=16#0，为什么？ “MB_MASTER”指令上一请求因错误而终止后，ERROR 位将保持为 TRUE 一个扫描周期时间，并且 STATUS 参数中的错误代码值仅在 ERROR =TRUE 的一个扫描周期内有效，因此无法通过程序或监控表查看到。可采用如下所示的编程方式将ERROR 和 STATUS 参数读出。 图13 捕捉错误代码 S7-1200 作为Modbus RTU 主站，如何对Modbus RTU从站进行0-65535扩展寻址？ 通常，“MB_MASTER”指令的背景数据块“MB_MASTER_DB”中的“EXTENDED_ADDRESSING”默认为0，可以对Modbus RTU从站地址0-247进行访问。 将“MB_MASTER”指令的背景数据块“MB_MASTER_DB”中的“EXTENDED_ADDRESSING”设置为1，才能对Modbus RTU从站进行0-65535扩展寻址。可按照如下步骤设置“EXTENDED_ADDRESSING”： 首先找到“系统块”→“程序资源”，双击“MB_MASTER_DB”，在“MB_MASTER”指令的背景数据块“MB_MASTER_DB”中查看“EXTENDED_ADDRESSING”。 图14 扩展地址区 在“监控表”内输入“MB_MASTER_DB.EXTENDED_ADDRESSING”,将该位置1。 图15 修改变量 |
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