西門子S7_200 MODBUS通信協(xié)議和支持MODBUS RTU協(xié)議的電

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1、西門子S7_200 MODBUS通信協(xié)議和支持MODBUS RTU協(xié)議的電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)的通信實(shí)例 S7_200系列PLC有一個通信口的也有兩個通信口的，這兩個口都支持MODBUS通信協(xié)議，不過要添加MODBUS庫文件（SP6版本的step7 micro/win 軟件自帶有MODBUS庫文件）。下面根據(jù)具體的項(xiàng)目來說明MODBUS的使用： 在項(xiàng)目中要采集進(jìn)水流量的瞬時流量、日累計(jì)、月累計(jì)、年累計(jì)量，流量計(jì)本身有4~20mA信號輸出和脈沖信號輸出，這些輸出信號都是瞬時量，只能轉(zhuǎn)換為瞬時流量，而累積量就要通過編寫程序來累加，而且信號的傳輸衰減和計(jì)算過程產(chǎn)生的誤差就會造成和實(shí)際的流

2、量相差很多，現(xiàn)在很多的流量計(jì)(包括其他的測量設(shè)備)都設(shè)計(jì)有通訊口，尤其是支持MODBUS協(xié)議，所以首選通信方式采集數(shù)據(jù)，這樣可以直接讀取我們想要的數(shù)據(jù)，只需做稍微的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就可以的，同時也減小了工作量提高準(zhǔn)確性（實(shí)際是按照流量收取費(fèi)用的）。 實(shí)際的硬件連接：10套s7-200組成PPI網(wǎng)絡(luò)（其中一個200站做主站），有一個從站要采集兩個不同廠家的流量計(jì)的相關(guān)信息。PPI網(wǎng)絡(luò)層已經(jīng)用去了一個端口0，還剩下一個端口1，那么就用這個端口并設(shè)置為自由口協(xié)議，在程序中調(diào)用MODBUS程序塊并填寫好必要的信息就可以了（其實(shí)調(diào)用MODBUS程序塊時，程序塊內(nèi)就已經(jīng)設(shè)置好端口為自由口協(xié)議了）。 圖

3、1.MODBUS庫文件 圖2.控制指令 圖3.控制指令 這里MBUS_CTRL_P1指令要一直調(diào)用，有一點(diǎn)要指明：圖2中的程序是讀取其中一臺流量計(jì)的，圖3是讀取另一臺流量計(jì)的，這兩個流量計(jì)是不一樣的。這里最重要的是MBUS_MSG_P1指令中地址“Addr”的填寫，其實(shí)這里要填寫Modbus從站的寄存器地址（該地址內(nèi)有我們需要的信息），那么這個地址要怎么填寫呢，填寫多少呢？這就要查看從站設(shè)備（這里是流量計(jì)）的“通信手冊”了，因?yàn)槊總€廠家的設(shè)備都不一樣，所以相同信息的寄存器地址也不一樣。下面是流量計(jì)廠家要的通訊手冊上的信息： RTU消息幀基本定義 0 1 2 3 4

4、 5 6 7 設(shè)備地址 功能編碼 地址1 地址0 數(shù)據(jù)1 數(shù)據(jù)0 CRC CRC 8位字節(jié) 8位字節(jié) 8位字節(jié) 8位字節(jié) 8位字節(jié) 8位字節(jié) 8位字節(jié) 8位字節(jié) 一、 參數(shù)讀出命令 1、 主機(jī)命令格式 0 1 2 3 4 5 6 7 設(shè)備地址 功能代碼 地址1 地址0 數(shù)據(jù)1 數(shù)據(jù)0 CRC CRC 1~99 03 0 00--35 0 1 XX XX 2、 從機(jī)回應(yīng)格式 0 1 2 3 4 5 6 設(shè)備地址 功能代碼 長度 數(shù)據(jù)1 數(shù)據(jù)0 CRC CRC 1~99 03

5、 2 高字節(jié) 低字節(jié) XX XX 數(shù)據(jù) = 數(shù)據(jù)1 數(shù)據(jù)0； 注意：讀出時，參數(shù)編號加1（MODBUS協(xié)議規(guī)定），如主機(jī)命令中參數(shù)編號為08，讀出的參數(shù)編號為09。 二、 讀出瞬時流量、流速、百分比、空管比、報(bào)警 1、 主機(jī)命令格式 0 1 2 3 4 5 6 7 設(shè)備地址 功能代碼 地址1 地址0 數(shù)據(jù)1 數(shù)據(jù)0 CRC CRC 1~99 04 0 0 0 5 XX XX 2、 從機(jī)回應(yīng)格式 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 設(shè)備地址 功能代碼 字節(jié)數(shù)

6、量 流量高位 流量低位 單位數(shù)點(diǎn) 流速高位 流速低位 百分比高 百分比低 空管比高 空管比低 報(bào)警狀態(tài) crc crc 1-99 04 10 三、 讀出累計(jì)總量 1、 主機(jī)命令格式 0 1 2 3 4 5 6 7 設(shè)備地址 功能代碼 地址1 地址0 數(shù)據(jù)1 數(shù)據(jù)0 CRC CRC 1~99 04 0 5 0 5 XX XX 2、 從機(jī)回應(yīng)格式 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 設(shè)備地址 功能代碼

7、 字節(jié)數(shù)量 正向總量3 正向總量2 正向總量1 正向總量0 反向總量3 反向總量2 反向總量1 反向總量0 總量單位 保留 Crc Crc 1-99 04 10 0 有的通信手冊并沒有給出例子，而是只有寄存器地址如另一臺流量計(jì)的通信手冊：： 好了，有了對應(yīng)的寄存器地址我們就可以參照它來填寫指令中的地址“Addr”，注意一點(diǎn)：指令中的地址不能直接填寫對應(yīng)寄存器的地址，s7-200中是這樣規(guī)定的： 我們讀取的就是從站的保持寄存器的地址，所以要在從站寄存器地址加上數(shù)字40000。例如第二個流量計(jì)的地址是400

8、01和40113（在圖3中），實(shí)際是讀取了從站的從第一個和第113個寄存器開始的信息。功能碼是03。 再來看一下第一個流量計(jì)中的地址是以3開頭的地址，即30011和30015，這里的程序是沒有錯的，這就要看通信手冊中具體要主站發(fā)送的數(shù)據(jù)幀格式和功能碼，如下：可以看到功能碼是04，這里的功能碼04也是讀取保持寄存器的，那么如何讓PLC發(fā)出04這個功能碼呢？正常讀取從站時發(fā)出的功能碼是03（這也是MODBUS協(xié)議給定好的） 3、 主機(jī)命令格式 0 1 2 3 4 5 6 7 設(shè)備地址 功能代碼 地址1 地址0 數(shù)據(jù)1 數(shù)據(jù)0 CRC CRC 1~99 04

9、 0 0 0 5 XX XX 其實(shí)MODBUS標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中也有04這個功能指令，該指令命名為“讀取輸入寄存器”而不是“保持寄存器”。MODBUS協(xié)議當(dāng)然可以發(fā)送04這個指令，問題是s7-200中的MODBUS協(xié)議庫如何發(fā)送04這個指令呢？MODBUS指令要填寫的信息如下：這里的RW只能填寫0或1代表讀和寫，并不是具體的讀寫指令01、02、03還是04。 其實(shí)這里的RW功能就是告訴s7-200是讀還是寫，至于是具體讀什么或具體寫什么并不是從這里來確定的，是按照它下面的地址“Addr”來區(qū)分的。在step7 micro/win 軟件的幫助中是這樣規(guī)定的： 所以，在我們要讀取的

10、MODBUS從站的寄存器地址的基礎(chǔ)上加上40000，我們最終要輸入的地址就是4000x了（注意地址是從40001開始的而不是40000）。這樣輸入后，PLC在執(zhí)行MODBUS指令時就會判斷并發(fā)送的指令是03。同樣如果我們輸入的地址數(shù)據(jù)是3000x，PLC就會發(fā)送04這個指令了，也可以這樣理解，s7-200 MODBUS指令通過判斷輸入的信息地址“Addr”的最高位來發(fā)送具體的功能指令（03、04或其他）的。在設(shè)備和PLC通信之前最好先用調(diào)試軟件來調(diào)試設(shè)備通信是否正常，是否能采集到數(shù)據(jù)，然后再編寫PLC程序。下面這個軟件就是模擬了PLC執(zhí)行MODBUS指令，從下面圖中可以看到30001對應(yīng)的F（

11、功能指令）是04。 還有一點(diǎn)就是編程時要注意MODBUS指令的調(diào)用：MBUS_CTRL_P1指令要一直調(diào)用， MBUS_MSG_P1同一條指令使能在沒有完成時要一直有效，要想再次調(diào)用該指令必須將使能端無效一次掃描讓完成標(biāo)志位復(fù)位。 SMB30和SMB130的停止位是1位，其他參數(shù)可以修改的。 ModBus功能碼 功能碼 名稱 作用 01 讀取線圈狀態(tài) 取得一組邏輯線圈的當(dāng)前狀態(tài)（ON/OFF) 02 讀取輸入狀態(tài) 取得一組開關(guān)輸入的當(dāng)前狀態(tài)（ON/OFF) 03 讀取保持寄存器 在一個或多個保持寄存器中取得當(dāng)前的二進(jìn)制值 04 讀取輸入寄存器 在一個或

12、多個輸入寄存器中取得當(dāng)前的二進(jìn)制值 05 強(qiáng)置單線圈 強(qiáng)置一個邏輯線圈的通斷狀態(tài) 06 預(yù)置單寄存器 把具體二進(jìn)值裝入一個保持寄存器 07 讀取異常狀態(tài) 取得8個內(nèi)部線圈的通斷狀態(tài)，這8個線圈的地址由控制器決定，用戶邏輯可以將這些線圈定義，以說明從機(jī)狀態(tài)，短報(bào)文適宜于迅速讀取狀態(tài) 08 回送診斷校驗(yàn) 把診斷校驗(yàn)報(bào)文送從機(jī)，以對通信處理進(jìn)行評鑒 09 編程（只用于484） 使主機(jī)模擬編程器作用，修改PC從機(jī)邏輯 10 控詢（只用于484） 可使主機(jī)與一臺正在執(zhí)行長程序任務(wù)從機(jī)通信，探詢該從機(jī)是否已完成其操作任務(wù)，僅在含有功能碼9的報(bào)文發(fā)送后，本功能碼才發(fā)送

13、11 讀取事件計(jì)數(shù) 可使主機(jī)發(fā)出單詢問，并隨即判定操作是否成功，尤其是該命令或其他應(yīng)答產(chǎn)生通信錯誤時 12 讀取通信事件記錄 可是主機(jī)檢索每臺從機(jī)的ModBus事務(wù)處理通信事件記錄。如果某項(xiàng)事務(wù)處理完成，記錄會給出有關(guān)錯誤 13 編程（184/384 484 584） 可使主機(jī)模擬編程器功能修改PC從機(jī)邏輯 14 探詢（184/384 484 584） 可使主機(jī)與正在執(zhí)行任務(wù)的從機(jī)通信，定期控詢該從機(jī)是否已完成其程序操作，僅在含有功能13的報(bào)文發(fā)送后，本功能碼才得發(fā)送 15 強(qiáng)置多線圈 強(qiáng)置一串連續(xù)邏輯線圈的通斷 16 預(yù)置多寄存器 把具體的二進(jìn)制值裝入一串連

14、續(xù)的保持寄存器 17 報(bào)告從機(jī)標(biāo)識 可使主機(jī)判斷編址從機(jī)的類型及該從機(jī)運(yùn)行指示燈的狀態(tài) 18 （884和MICRO 84） 可使主機(jī)模擬編程功能，修改PC狀態(tài)邏輯 19 重置通信鏈路 發(fā)生非可修改錯誤后，是從機(jī)復(fù)位于已知狀態(tài)，可重置順序字節(jié) 20 讀取通用參數(shù)（584L） 顯示擴(kuò)展存儲器文件中的數(shù)據(jù)信息 21 寫入通用參數(shù)（584L） 把通用參數(shù)寫入擴(kuò)展存儲文件，或修改之 22～64 保留作擴(kuò)展功能備用 65～72 保留以備用戶功能所用 留作用戶功能的擴(kuò)展編碼 73～119 非法功能 120～127 保留 留作內(nèi)部作用 128～255

15、 保留 用于異常應(yīng)答 ModBus網(wǎng)絡(luò)只是一個主機(jī)，所有通信都由他發(fā)出。網(wǎng)絡(luò)可支持247個之多的遠(yuǎn)程從屬控制器，但實(shí)際所支持的從機(jī)數(shù)要由所用通信設(shè)備決定。采用這個系統(tǒng)，各PC可以和中心主機(jī)交換信息而不影響各PC執(zhí)行本身的控制任務(wù)。表2是ModBus各功能碼對應(yīng)的數(shù)據(jù)類型。 表2 ModBus功能碼與數(shù)據(jù)類型對應(yīng)表 代碼 功能 數(shù)據(jù)類型 01 位 02 讀 位 03 讀 整型、字符型、狀態(tài)字、浮點(diǎn)型 04 讀 整型、狀態(tài)字、浮點(diǎn)型 05 寫 位 06 寫 整型、字符型、狀態(tài)字、浮點(diǎn)型 08 N/A 重復(fù)“回路反饋”信息 15 寫 位 16 寫 整型、字符型、狀態(tài)字、浮點(diǎn)型 17 讀 字符型