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S7-200做主站S7-300 CP341做从站的Modbus RTU通讯
1. 概述
在现场应用中,很多仪表和设备仅支持Modbus RTU的通讯协议,第三方仪表可以做Modbus主站或从站,西门子的通讯模块CP341/ CP441-2 通过Dongle(硬件狗)可以扩展该协议,S7-200集成的口可以支持自由口通讯,通过指令库也可以方便的实现Modbus RTU通讯。本文以S7-200作为Modbus主站,CP341作为Modbus 从站,实现Modbus RTU通讯,阐述两者在通讯方面的设置和注意事项。
2. 软件环境
2.1 STEP7 V5.4 SP4
用于编写 S7-300/400程序,此软件需要从西门子购买,本文档中的300的程序是使用Step7 V5.4SP4的软件编写。
2.2 CP PTP Param V5.1 SP11
串行通讯模板的驱动程序,安装此驱动后才能对PtP模板进行参数配置,并在Step7中集成通讯编程需要使用的功能块。此驱动随购买模板一起提供,也可以从以下的链接下:27013524
2.3 CP PTP Modbus Sle V3.1 SP7
CP341或CP441-2用于Modbus从站时,需要安装此驱动协议,但安装之前必须先安装PtPDriver,此驱动可以在购买Modbus Dongle时选择购买,也可以从以下的链接下:27774276
2.4 STEP7 Micro/WIN V4.0 SP6
用于S7-200编程的软件,本文档中的200的程序是使用Step7 Micro/win的软件编写。此软件可以从西门子下中心免费下,也可以从以下的链接下。
自动化系统>>S7-200>>软件,文档编号S0002。
2.5 Toolbox_V32-STEP 7-Micro WIN 32 InstructionLibrary
S7-200实现Modbus RTU功能,可以使用Modbus的指令库,要使用西门子的标准指令库,必须先安装指令库的软件包Instruction Library,安装后,可以在Step7-Micro/WIN软件的库中找到Modbus相关的指令,该软件包可以从以下的链接。自动化系统>>S7-200>>软件,文档编号S0010。
图11 从站驱动后结果
4.2.4 CP341做Modbus从站的编程
从Step7软件下的EXAMPLE目录中,找到项目名“zXX21_05_PtP_Com_MODSL”的项目,打开,将Modbus通讯模块FB80传递到用户项目中,打开路径如下所示。
图12 Modbus Sle 例程打开路径
OB1中调用FB80编程如下:
图13 FB80程序块调用
CP卡初始化正常后,CP_START,CP_START_FM和CP_START_OK为1信号,否则CP_START_ERROR为1,可以从ERROR_NR察看错误信息,也可以在硬件组态中在线后的CP341的诊断缓冲区察看详细的错误信息,错误信息对照和处理方式可以参考
《S7-300以用于PtP CP Modbus 协议RTU格式S7的可装载驱动程序为从站》的手册。
5. 通讯测试
ModbusRTU格式通信协议是以主从的方式进行数据传输的,在传输的过程中主站是主动方,即主站发送数据请求报文到从站,从站返回响应报文。Modbus系统间的数据交换是通过功能码来控制的,以下对现场常用的功能码进行分类测试,关于功能码的详细信息请参考手册。
5.1 FC01/05/15功能码
CP341从站的通讯区域配置
图14 FC01/05/15 参数组态界面
FC01、FC05、FC15对应的数据区为位输出,数据的传递以位为单位,可以读写操作,用户地址区为0xxxx,Modbus地址在信息传递中从0开始。如上图,左边为信息传递地址(地址区不能冲突),右边对应的是S7-300的数据区。例如左边信息传递地址从0~ 7对应用户地址区为00001 ~ 00008,对应S7-300的M10.0 ~M10.7,并且以此为例说明FC01功能码的通讯。
S7-200主站程序调用
图15 功能码FC01使用
S7-200主站,用功能码FC01读取从站8点数字量输出,接收的数据存放在VB2000开始的区域,测试截图结果如下。
图16 FC01功能码数据交换
5.2 FC02功能码
CP341从站的通讯区域配置
图17 FC02 参数组态界面
FC02对应的数据区为位输出,数据的传递以位为单位,只读操作,用户地址区为1xxxx,Modbus地址在信息传递中从0开始,如上图,左边为信息传递地址(地址区不能冲突),右边对应的是S7-300的数据区。例如左边信息传递地址从0~ 7对应用户地址区为10001 ~ 10008,对应S7-300的M20.0 ~M20.7,并且以此为例说明FC02功能码的通讯。
S7-200主站程序调用
图18 功能码FC02使用
S7-200主站,用功能码FC02读取从站8点数字量输入,接收的数据存放在VB2000开始的区域,测试截图结果如下。
图19 FC02功能码数据交换
5.3 FC03/06/16 功能码
CP341从站的通讯区域配置
图20 FC03/06/16参数组态界面
FC03/06/16对应的数据区为寄存器,数据的传递以字为单位,可以读写操作,用户地址区为4xxxx,Modbus地址在信息传递中从0开始。如上图,左边为信息传递地址,右边对应的是S7-300的数据区,左边传输地址不可改,右边只对应一个数据区。例如用户地址
区为40001 ~ 40004,对应S7-300数据区为DB1.DBW0 ~ DB1.DBW6,并且以此为例说明
FC03功能码的通讯。
S7-200主站程序调用
图21功能码FC03使用
S7-200主站,用功能码FC03读取从站4个字寄存器,接收的数据存放在VB2000开始的区域,测试截图结果如下。
图22 FC03功能码数据交换
5.4 FC04 功能码
CP341从站的通讯区域配置
图23 FC04参数组态界面
FC04对应的数据区为寄存器输入,数据的传递也以字为单位,只读操作,用户地址区3xxxx,Modbus地址在信息传送中从0开始。如上图,左边为信息传递地址,右边对应的是S7-300的数据区,左边传输地址不可改,右边只对应一个数据区。例如用户地址区为30001~ 30004,对应S7-300数据区为DB1.DBW0 ~DB1.DBW6,并且以此为例说明FC04功能码的通讯。
S7-200主站程序调用
图24功能码FC04使用
S7-200主站,用功能码FC04读取从站4个字输入寄存器,接收的数据存放在VB2000开始的区域,测试截图结果如下。
图25 FC04功能码数据交换
5.5 Limits 栏
图26 Limits 参数组态界面
对于写功能码FC05、06、15、16,可以禁用或限制访问相关S7-300存储区,用这些功能码时,S7-300存储区需要在设定的和的范围之间,如果访问的区域超出这个范围,则访问会被拒绝,输出报错误信息。
6.
本文档以S7-200为主站和CP341为从站简单介绍了ModbusRTU通讯,关于通讯的组态设置,编程以及常用功能码的使用,其具体的使用可以作为西门子串行通讯模块与第三方的仪表、设备等进行串行通信的参考。