西門子S7-200與變頻器MODBUS通訊實例詳解

西門子S7-200PLC簡介，西門子plc s7-200

西門子S7-200PLC在實時模式下具有速度快，具有通訊功能和較高的生產(chǎn)力的特點(diǎn)。一致的模塊化設(shè)計促進(jìn)了低性能定制產(chǎn)品的創(chuàng)造和可擴(kuò)展性的解決方案。來自西門子的S7 - 200微型PLC可以被當(dāng)作獨(dú)立的微型PLC解決方案或與其他控制器相結(jié)合使用。

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Modbus通訊協(xié)議簡介

Modbus是由Modicon(現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個品牌)在1979年發(fā)明的，是全球第一個真正用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議。

ModBus網(wǎng)絡(luò)是一個工業(yè)通信系統(tǒng)，由帶智能終端的可編程序控制器和計算機(jī)通過公用線路或局部專用線路連接而成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既包括硬件、亦包括軟件。它可應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)采集和過程監(jiān)控。

ModBus網(wǎng)絡(luò)只有一個主機(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)。

1 MODBUS RTU協(xié)議在S7-200中的應(yīng)用原理

1.1 MODBUS RTU協(xié)議與S7-200相互關(guān)系簡介

S7-200 CPU上的通訊口Port0可以支持MODBUS RTU協(xié)議，成為MODBUS RTU從站。此功能是通過S7-200的自由口通訊模式實現(xiàn)，因此可以通過無線數(shù)據(jù)電臺等慢速通訊設(shè)備傳輸。

想在S7-200 CPU與其他支持MODBUS RTU的設(shè)備使用MODBUS RTU協(xié)議通訊，需要由有S7-200 CPU做MODBUS主站。S7-200 CPU做主站必須由用戶自己用自由口模式，按相關(guān)協(xié)議編程。

2 從站指令的用法：

S7-200控制系統(tǒng)應(yīng)用中，MODBUS RTU從站指令庫只支持CPU上的通訊0口(Port0)。要實現(xiàn)MODBUS RTU通訊，需要Step7-Micro/WIN32 V3.2以上版本的編程軟件，而且須安裝Step7-Micro/WIN32 V3.2 Instruction Library(指令庫)。MODBUS RTU功能是通過指令庫中預(yù)先編好的程序功能塊實現(xiàn)的。

MODBUS RTU協(xié)議在S7-200中應(yīng)用的基本過程

(1) 首先檢查S7-200控制系統(tǒng)中所用Micro/WIN軟件版本，應(yīng)當(dāng)是Step7-Micro/WIN V3.2以上版本。

(2) 檢查Micro/WIN的指令樹中是否存在MODBUS RTU從站指令庫(圖1)，庫中應(yīng)當(dāng)包括MBUS_INIT和MBUS_SLAVE兩個子程序。如果沒有，須安裝Micro/WIN32 V3.2 Instruction Library(指令庫)軟件包

編程時使用SM0.1—調(diào)用子程序MBUS_INIT進(jìn)行初始化，使用SM0.0—調(diào)用研究MBUS_SLAVE，并指定相應(yīng)參數(shù)。關(guān)于參數(shù)的詳細(xì)說明，可在子程序的局部變量表中找到。

 

調(diào)用MODBUS通訊指令庫

參數(shù)意義如下:

●模式選擇:啟動/停止MODBUS，1=啟動;0=停止;

● 從站地址:MODBUS從站址，取值1~247;

● 波特率:可選1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600;

● 奇偶校驗:0=無校驗;1=奇校驗;2=偶校驗;

● 延時:附加字符間延時，缺省值為0;

● 最大I/Q位:參與通訊的最大I/O點(diǎn)數(shù)，S7-200I/O映像區(qū)為128/128，缺省值為128;

● 最大AI字?jǐn)?shù):參與通訊的最大AI通道數(shù)，可為16或32;

● 最大保持寄存器區(qū):參與通訊的V存儲區(qū)字(VW);● 保持寄存器區(qū)起始址:以&VBx指定(間接尋址方式);

● 初始化完成標(biāo)志:成功初始化后置1;

● 錯誤代碼:0=無錯誤。

1.3 注意的問題

調(diào)用Step7-Mciro/WIN32 V3.2 Instruction Library(指令庫)需要分配庫指令數(shù)據(jù)區(qū)(Library Memory)。庫指令數(shù)據(jù)區(qū)是相應(yīng)庫子程序和中斷程序所要用到變量存儲空間。編程時不分配庫指令數(shù)據(jù)區(qū)，編譯時會產(chǎn)生許多相同的錯誤。

由子程序參數(shù)HoldStart和MaxHold指定保持寄存器區(qū)，是S7-200 CPUV數(shù)據(jù)存儲區(qū)中分配，此數(shù)據(jù)區(qū)不能和庫指令數(shù)據(jù)區(qū)有任何重疊，否則運(yùn)行時會產(chǎn)生錯誤，不能正常通訊。注意MODBUS 中保持寄存器區(qū)按“字”尋址，即MaxHold規(guī)定是VW而VB個數(shù)。

3 主站指令的用法：

1. MODBUS RTU 主站指令庫的功能是通過在用戶程序中調(diào)用預(yù)先編好的程序功能塊實現(xiàn)的，該庫對 Port 0 和 Port 1 有效。該指令庫將設(shè)置通信口工作在自由口模式下。

2. MODBUS RTU 主站指令庫使用了一些用戶中斷功能，編其他程序時不能在用戶程序中禁止中斷。

3. MODBUS RTU 主站庫對CPU的版本有要求。CPU 的版本必須為 2.00 或者 2.01(即訂貨號為 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 主站指令庫，可以讀寫 MODBUS RTU 從站的數(shù)字量、模擬量 I/O 以及保持寄存器。

要使用 MODBUS RTU 主站指令庫，須遵循下列步驟：

安裝西門子標(biāo)準(zhǔn)指令庫

按照要求編寫用戶程序調(diào)用 MODBUS RTU 主站指令庫

MODBUS RTU 主站功能編程

1. 調(diào)用 MODBUS RTU 主站初始化和控制子程序

使用 SM0.0 調(diào)用 MBUS_CTRL 完成主站的初始化，并啟動其功能控制：

用 SM0.0 調(diào)用 MODBUS RTU 主站初始化與控制子程序

各參數(shù)意義如下:

a. EN 使能：必須保證每一掃描周期都被使能(使用 SM0.0)

b. Mode 模式：為 1 時，使能 MODBUS 協(xié)議功能；為 0 時恢復(fù)為系統(tǒng) PPI 協(xié)議

c. Baud 波特率：支持的通訊波特率為1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200。

d. Parity 校驗：校驗方式選擇

0＝無校驗

1＝奇較驗

2＝偶較驗

e. Timeout 超時：主站等待從站響應(yīng)的時間，以毫秒為單位，典型的設(shè)置值為 1000 毫秒(1 秒)，允許設(shè)置的范圍為 1 - 32767。

注意： 這個值必須設(shè)置足夠大以保證從站有時間響應(yīng)。

f. Done 完成位：初始化完成，此位會自動置1。可以用該位啟動 MBUS_MSG 讀寫操作(見例程)

g. Error 初始化錯誤代碼(只有在 Done 位為1時有效)：

0＝ 無錯誤

1＝ 校驗選擇非法

2＝ 波特率選擇非法

3＝ 模式選擇非法

2. 調(diào)用 MODBUS RTU 主站讀寫子程序MBUS_MSG，發(fā)送一個MODBUS 請求；

調(diào)用MODBUS RTU 主站讀寫子程序

各參數(shù)意義如下:

a. EN 使能：同一時刻只能有一個讀寫功能(即 MBUS_MSG)使能

注意：建議每一個讀寫功能(即 MBUS_MSG)都用上一個 MBUS_MSG 指令的 Done 完成位來激活，以保證所有讀寫指令循環(huán)進(jìn)行(見例程)。

b. First 讀寫請求位：每一個新的讀寫請求必須使用脈沖觸發(fā)

c. Slave 從站地址：可選擇的范圍 1 - 247

d. RW 從站地址：0 ＝ 讀， 1 ＝ 寫

注意：

1. 開關(guān)量輸出和保持寄存器支持讀和寫功能

2. 開關(guān)量輸入和模擬量輸入只支持讀功能

e. Addr 讀寫從站的 選擇讀寫的數(shù)據(jù)類型

數(shù)據(jù)地址： 00001 至 0xxxx - 開關(guān)量輸出

10001 至 1xxxx - 開關(guān)量輸入

30001 至 3xxxx - 模擬量輸入

40001 至 4xxxx - 保持寄存器

f. Count 數(shù)據(jù)個數(shù) 通訊的數(shù)據(jù)個數(shù)(位或字的個數(shù))

注意： MODBUS主站可讀/寫的最大數(shù)據(jù)量為120個字(是指每一個 MBUS_MSG 指令)

g. DataPtr 數(shù)據(jù)指針：

1. 如果是讀指令，讀回的數(shù)據(jù)放到這個數(shù)據(jù)區(qū)中

2. 如果是寫指令，要寫出的數(shù)據(jù)放到這個數(shù)據(jù)區(qū)中

h. Done 完成位 讀寫功能完成位

i. Error 錯誤代碼：只有在 Done 位為1時，錯誤代碼才有效

0 ＝ 無錯誤

1 ＝ 響應(yīng)校驗錯誤

2 ＝ 未用

3 ＝ 接收超時(從站無響應(yīng))

4 ＝ 請求參數(shù)錯誤(slave address, MODBUS address, count, RW)

5 ＝ MODBUS/自由口未使能

6 ＝ MODBUS正在忙于其它請求

7 ＝ 響應(yīng)錯誤(響應(yīng)不是請求的操作)

8 ＝ 響應(yīng)CRC校驗和錯誤

101 ＝ 從站不支持請求的功能

102 ＝ 從站不支持?jǐn)?shù)據(jù)地址

103 ＝ 從站不支持此種數(shù)據(jù)類型

104 ＝ 從站設(shè)備故障

105 ＝ 從站接受了信息，但是響應(yīng)被延遲

106 ＝ 從站忙，拒絕了該信息

107 ＝ 從站拒絕了信息

108 ＝ 從站存儲器奇偶錯誤

常見的錯誤：

如果多個 MBUS_MSG 指令同時使能會造成 6 號錯誤

從站 delay 參數(shù)設(shè)的時間過長會造成主站 3 號錯誤

從站掉電或不運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)故障都會造成主站 3 號錯誤

3. 在 CPU 的 V 數(shù)據(jù)區(qū)中為庫指令分配存儲區(qū)(Library Memory)

MODBUS Master 指令庫需要一個284個字節(jié)的全局 V 存儲區(qū)。

西門子 S7200 PLC MODBUS支持的功能碼

功能碼	描述
1	讀取單個/多個線圈的實際輸出狀態(tài)。功能1返回任意數(shù)量輸出點(diǎn)的接通/斷開狀態(tài)(Q)。
2	讀取單個/多個線圈的實際輸入狀態(tài)。功能2返回任意數(shù)量的輸入點(diǎn)的接通/斷開狀態(tài)(I)
3	多個保持寄存器。功能3返回V存儲器的內(nèi)容。保持寄存器在MODBUS下是字類型，在一個請求中最多可讀120個字。
4	讀單個/多個輸入寄存器，返回模擬輸入值。
5	寫單個線圈(實際輸出)。功能5將實際輸出點(diǎn)設(shè)置為指定值。該輸出點(diǎn)不是被強(qiáng)制，用戶程序可以重寫由MODBUS的請求而寫入的值。
6	寫單個保持寄存器。功能6寫一個單個保持寄存器的值到S7-200的V存儲區(qū)。
15	寫多個線圈(實際輸出)。功能15寫多個實際輸出值到S7-200的Q映像區(qū)。起始輸出點(diǎn)必須是一個字節(jié)的開始(如Q0.0或Q2.0)，并且要寫得輸出的數(shù)量是8的倍數(shù)。這是MODBUS從站協(xié)議指令的限定。這些點(diǎn)不是被強(qiáng)制，用戶程序可以重寫由MODBUS的請求而寫入的值。
16	寫多個保持寄存器。功能16寫多個保持寄存器到S7-200的V區(qū)。在一個請求中最多可寫120字。

例 國產(chǎn)精驅(qū)變頻器與S7200 CPU224XP PLC通訊

(1)設(shè)置變頻器的通訊參數(shù)

參數(shù)	設(shè)置值	說明
P0.01	4	啟動命令改為串行通訊
P0.03	2	頻率給定改為串行通訊
P3.09	133	9600波特率 無奇偶校驗
P3.10	3	從站地址 3

硬件接線

S7-200通訊口1

第3腳-----RS485+ 第8腳----RS485-

(3) 初始化程序

 

變頻器的控制地址，因為變頻器控制地址為2000H，所以換位10進(jìn)制為8192，MUDBUS地址40001開頭，需要加1，控制地址為8193，功能碼4為讀寫寄存器，因為啟

動變頻器的控制命令為17，所以傳送17到VW200則啟動變頻器

 

(5 ) 設(shè)置變頻器的給定頻率

 

變頻器的通信控制字節(jié)

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西門子通訊MUDBUS協(xié)議在工控上使用最廣泛的一種協(xié)議，具備以下幾個特點(diǎn)

1 )使用簡單，利用MUDBUS庫文件簡單的幾條指令就能實現(xiàn)與智能儀表，變頻器，打印機(jī)等設(shè)備進(jìn)行通訊，且無需加其他硬件上的成本MODBUS總線廣泛應(yīng)用于儀器儀表、智能高低壓電器、變送器、可編程控制器、人機(jī)界面、變頻器、現(xiàn)場智能設(shè)備等諸多領(lǐng)域。MODBUS與其他的現(xiàn)場總線和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)相比有以下幾個顯著特點(diǎn):

2)標(biāo)準(zhǔn)、開放:用戶可以免費(fèi)放心的使用

MODBUS協(xié)議，不用繳納許可費(fèi)用，不會涉及侵犯知識產(chǎn)權(quán)。目前支持MODBUS的廠一家超過400家，支持MODBUS的產(chǎn)品超過600種。在中國，MODBUS已經(jīng)成為國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19582-2008。據(jù)不完全統(tǒng) 計：截止到2007年MODBUS的節(jié)點(diǎn)安裝數(shù)量已經(jīng)超過了1000萬個。

3)應(yīng)用廣泛：凡MODBUS協(xié)議設(shè)備具有RS232/485接口的都可以使用本產(chǎn)品實現(xiàn)與現(xiàn)場總線PROFIBUS的互連。如：具有MODBUS協(xié)議接口的變頻器、智能高低壓電器、電機(jī)啟動保護(hù)裝置、電量測量裝置、智能現(xiàn)場測量設(shè)備、各種變送器及儀表等。

4)MODBUS可以支持較多類型的電氣接口：MODBUS 總線協(xié)議采用主站查詢從站的方式，物理接口可以是RS232、RS485、RS422、RJ45，還可以在各種介質(zhì)上傳送，如雙絞線、光纖、無線射頻等.

5)MODBUS的幀格式較為簡單、緊湊，格式規(guī)范，易于傳輸，通俗易懂。用戶使用容易，廠商開發(fā)簡單。用戶不必了解PROFIBUS和MODBUS技術(shù)細(xì)節(jié)，只需參考說明手冊及提供的應(yīng)用實例，按要求完成配置，不需要復(fù)雜的編程，即可在短時間內(nèi)實現(xiàn)設(shè)備間的連接通信。

6)透明通信：用戶可以依照PROFIBUS通信數(shù)據(jù)區(qū)和MODBUS通信數(shù)據(jù)區(qū)的映射關(guān)系，實現(xiàn)PROFIBUS到MODBUS之間的數(shù)據(jù)透明通信。

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