S7-300 200MODBUS通信

S7300-200modbus

S7-300 CP341作主S7-200作从的Modbus通信

Modbus Communication -- S7-300 CP341 as Master and S7-200 as Slave

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摘要 自动化各个厂家在工业控制通信方面都有各自的通信协议及方式。西门子控制产品中通信的主要方式有MPI，Profibus，Ethernet。在现场应用中，往往需要两个厂家的控制器进行通信交换数据。Modbus通信是常用的一种。本文就以CP341都作为Modbus主站，S7-200作为Modbus从站的通信实验作介绍。 关键词 CP341 S7-200 Modbus Key Words CP341 S7-200 Modbus

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目 录

S7-300 CP341作主S7-200作从的Modbus通信...........................................................................1 1．系统简介及软硬件需求.............................................................................................................4 1.1 软件环境...............................................................................................................................4 1.1.1 STEP7 V5.4 SP3...........................................................................................................4 1.1.2 CP PtP Param V5.1 SP8...............................................................................................5 1.1.3 CP PTP Modbus Master V3.1.4....................................................................................5 1.1.4 STEP 7 MicroWIN V4.0 SP6.........................................................................................5 1.1.5Toolbox_V32-STEP 7-Micro WIN 32 Instruction Library...............................................5 1.2 硬件列表...............................................................................................................................5 1.3硬件安装...............................................................................................................................5 2. CP341作Modbus主站的设置与编程.........................................................................................8 2.1 CP341作Modbus主站的硬件组态.......................................................................................8 2.1.1 硬件组态CPU及CP341..................................................................................................8 2.1.2 设置Modbus总线传输速率和帧字符结构.......................................................................8 2.1.3 设置电气接口.................................................................................................................9 2.1.4 Modbus配置的下载.....................................................................................................10 2.2 CP341作Modbus主站的编程.............................................................................................11 3．S7-200作Modbus从站的设置................................................................................................15 4． 通信测试................................................................................................................................17 4.1 FC01主站读取从站多个DO点状态....................................................................................17 4.2 FC02主站读取从站多个DI点状态......................................................................................18 4.3 FC03主站读取从站多个内部寄存器状态...........................................................................19 4.4 FC06主站写单字到从站内部寄存器..................................................................................20 4.5 FC16主站写多字到从站内部寄存器..................................................................................21 附录－推荐网址...........................................................................................................................23

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1．系统简介及软硬件需求

Modbus 是公开通信协议，其具有两种串行传输模式，ASCII 和 RTU。它们定义了数据如何打包、解码的不同方式。通信双方必须同时支持上述模式中的一种，通常支持Modbus通信的设备大都支持RTU 格式。Modbus 通信标准协议可以通过各种传输方式传播，如 RS232C、RS485、光纤、无线电等。 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。

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，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。

在实现Modbus通信方面，西门子AS产品中往往会用到CP341和S7-200。其二者之间的不同是CP341的接口类型多，包含RS 232C (V.24) 20 mA (TTY), RS 422/RS 485 (X.27)。由于其实现Modbus通信需要购买Modbus Dongle，在实现功能成本方面比较高。但是由于CP341可安装在ET200M站上通过Profibus的方式与主站相通，此种方案很适合比较大型系统进行的Modbus通信设计和改造。S7-200系列产品是西门子AS产品中低端的产品。但是其小而精湛集成了很多通信功能。虽然S7-200在实现Modbus通信时使用的是 S7-200 的自由口功能，接口采用RS485，或是通过适配器转换成RS 232接口类型不如CP341的型号丰富，但是其在实现Modbus功能上无需组态和额外购买组件，所以实现起来既简单而且成本低廉，在比较低端的场合是个不错的选择。

在现场应用中CP341往往都作为Modbus主站来读取第三方设备的数据，而S7-200常作为Modbus从站与其他设备进行Modbus通信。本文就以CP341都作为Modbus主站，S7-200作为Modbus从站，来实现其二者的Modbus通信，阐述其二者在实现通信方面的设置和注意事项。需要说明的是S7-300与S7-200的通讯方式有很多种包括MPI、Profibus、Ethernet、Modbus等。本文旨在说明其二者在Modbus通信方面的具体安装和编程步骤。 1.1 软件环境

1.1.1 STEP7 V5.4 SP3

用于编写S7-300/400 等PLC程序，此软件需要购买，本文档中所有的程序代码均使用Step7 V5.4 SP3编写。

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1.1.2 CP PtP Param V5.1 SP8

串行通信模板的驱动程序，安装此驱动后才能配置PtP模板，并在Step7中集成通信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载。

/CN/view/zh/27013524

1.1.3 CP PTP Modbus Master V3.1.4

CP341或CP441-2用于Modbus 主站时，需要安装此驱动协议，但安装此驱动之前必须先安装PtP driver，此驱动可以在购买Modbus Dongle时选择购买，或者可以从以下链接下载。 /CN/view/zh/87137841.1.4 STEP 7 MicroWIN V4.0 SP6

此软件是用于S7-200编程和组态的软件。此软件可以免费下载到。

1.1.5Toolbox_V32-STEP 7-Micro WIN 32 Instruction Library

S7-200实现Modbus功能，需要使用Modbus的指令库，其实质是自由口通信。STEP 7-Micro/WIN V4.0 以上版内部已经带有新的指令库，支持Modbus通过Port0、Port1进行通信，但在未安装西门子 Instruction Library 软件包的情况下，不能显示出来使用。

要使用西门子的标准指令库，必须先安装西门子的指令库软件包 Instruction Library。安装了 Instruction Library 之后，只要安装的 STEP 7-Micro/WIN 版本是最新的，就能获得相应版本的新指令库。安装 Micro/WIN 的升级包（Service Pack）也会更新指令库的版本。 1.2 硬件列表

z S7-300站：

CPU315-2DP 6ES7 315-2AG10-0AB0 CP343-1 6ES7 341-1EX30-0XE0 CP341 RS422/485 6ES7 341-1CH01-0AE0

Dongle 6ES7 870-1AA01-0YA0 (MODBUS master) z S7-200站：

224XP 6ES7 214-2BD23-0XB8 (选用双口CPU便于调试) 1.3硬件安装

物理接口方面S7-200的通信口为RS485物理接口， CP341选用的也是RS 422/485接口类型的模块。二者之间可采用6ES7 902-3AB00-0AA0 RS 422/485 5m连接电缆。在本系统中

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采用的电缆为DP 红B 绿A 两线电缆。

在接线之前首先要仔细阅读CP341及S7-200通信接口的手册，查看通信接口针脚的定义。如图1所示。

图1 S7-200 CPU通信口引脚定义

图2 CP341 RS 422/485通信口引脚定义

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图3 CP341 通过RS485与通信对象的连接方式

在接线时，S7-200端由于是9针 RS485口，故用标准的DP连接器。而CP341上的接口为15针口，其4、11对应RS485接线方式的连根线。从S7-200端口3引出的是红色B线，其连接CP341 15针口的11端口。从S7-200端口8引出的是绿色A线，其连接CP341 15针口的4端口。如图4所示。

图4 S7-200与CP341 RS 422/485接口通过DP电缆的接线图

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2. CP341作Modbus主站的设置与编程

2.1 CP341作Modbus主站的硬件组态 2.1.1 硬件组态CPU及

CP341

图5 将CP341逻辑地址为272

2.1.2 设置Modbus总线传输速率和帧字符结构

双击CP341->Parameters－>Protocol中选择Modbus Master；

双击信封Protocol，选择Modbus Master设置总线传输速率和帧字符结构。

如图 6，本例传输速率为9.6Kbit/s，帧字符选用8位数据位，1位停止位，无校验。此设置可根据实际情况调整，原则是通信双方选择一致。

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图6 通信帧字符结构

2.1.3 设置电气接口

选择半双工RS 485，默认设置是 R（A）为- ，R（B）为+。此设置主要是与RS485 A、B两线正负定义有关，在CP341接线与通信对象A、B两线正负定义相反时，可无需修改硬件接线，可直接修改此处颠倒接线正负。如图7所示。

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图 7 CP341接线与通信对象A、B两线定义

2.1.4 Modbus配置的下载

当配置好Modbus通信的参数后，在向CPU下载硬件组态前，要向CP341的Dongle中下载Modbus Master的驱动，一旦下载完成后此后无需再次下载。对于通信参数的调整只需要进行HW对CPU的硬件下载即可。

要注意的是，在下载Dongle时，一定要CPU停机下载。如图8所示

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图8下载Dongle时，一定要CPU停机下载

2.2 CP341作Modbus主站的编程

实现CP341作Modbus主站的通信程序是“P_SND_RK”FB8负责发送控制字。编程如下：

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图9 “P_SND_RK”FB8

FB8参数说明表格1。

SF LADDR REQ DB_NO DBB_NO LEN R_TYP R DONE ERROR STATUS 其它参数

‘S’为发送，此处必须为大写的‘S’ 硬件组态中的起始逻辑地址，本例中为272

发送数据触发位，上升沿触发，本例中为M0.5，以1s为周期的脉冲信号 发送数据块号，本例中为1

发送数据的起始地址，本例中为0 发送数据的长度，本例中暂时为6

‘X’为扩展的数据块，此处必须为大写的‘X’ 取消通信，本例始终为初始值FALSE

发送完成位，无故障发送完成后为true，M100.0 错误位，为true说明有错误，M100.1

状态字，标识错误代码，查看Modbus Master和CP341手册 查看在线帮助

表 1

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其中创建发送数据块DB1结构如图10所示：

图10 发送DB块源区域结构

创建的发送数据块DB1，至少要有6个字节的长度，后面根据功能码的不同，所需长度不同，建议发送数据块创建的长度长一些。以上图为例6个字节Address为所通讯对象的Modbus地址为1，code为功能码FC03,所读对象寄存器的起始地址为0，所读寄存器的数量为4，其中一个寄存器为两个字节。

此处有几个注意事项： 1） R_TYP必须为大写的‘X’，

为小写"x"时，CP341 作为Modbus master时,调用FB8的状态字显示为 "0E4F" 错误。注意R_TYP必须为大写。且对于R_TYP可以写的值如下：

’D’ DB 区

’X’ DX 区，extended data block ’E’ I 区 ’A’ Q 区 ’M’ M 区 ’T’ T 区 ’C’ C 区

2) LEN的长度要根据通信所需功能码来针对填写，

如下表所示

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表 2

LEN的长度与功能码的对应。

“P_RCV_RK”FB7用于接收通信数据。编程如图11所示：

图 11 “P_RCV_RK”FB7

FB7参数说明表格3

LADDR DB_NO DBB_NO 硬件组态中的起始逻辑地址，本例中为272 接收数据块号，本例中为DB2

接收数据的起始地址，本例中默认为0

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3．S7-200作Modbus从站的设置

S7-200作Modbus通信要用到自由口通信下的Modbus Slave库，对于此库的应用要注意的是

z Modbus Slave库仅支持Modbus RTU通信模式，不支持ASCII 通信模式。 z 目前的Modbus Slave库仅支持通信口Port0。

z 使用Modbus Slave库时一定要注意对库分配内存区空间。否则编译后出现很多错

误。

如图12所示：

图12 调用的库要分配系统内存地址区

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13为S7-200实现Modbus从站的程序。 IA&DT Service & Support

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图13 调用Modbus RTU通信指令库

图中参数意义如下：

a. 模式选择：启动/停止Modbus，1=启动；0=停止 b. 从站地址：Modbus从站地址，取值1~247

c. 波特率：可选1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200 d. 奇偶校验：0=无校验；1=奇校验；2=偶校验 e. 延时：附加字符间延时，缺省值为0

f. 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

g. 最大AI字数：参与通信的最大AI通道数，可为16或32 h. 最大保持寄存器区：参与通信的V存储区字（VW） i. 保持寄存器区起始地址：以&VBx指定（间接寻址方式） j. 初始化完成标志：成功初始化后置1 k. 初始化错误代码

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l. Modbus执行：通信中时置1，无 Modbus 通信活动时为 0 m. 错误代码：0=无错误

从程序截图中可见，S7-200作为Modbus从站，从站地址为10，接收存储区为VB0开始。

4． 通信测试

至此，CP341和S7-200双方的程序及物理连线已经做好。在调试S7-300时可通过CP343-1以太网模块，以便可以用以太网通信调试速度快且方便。S7-200站选用224XP，其中Port0作为Modbus通信口，Port1用于与笔记本的CP5512通信。

在进行通信测试前还要明确Modbus通信的功能码。

下表为Micro 'n Power中S7-200作为Modbus RTU从站通信功能码。

表 4 S7-200作为Modbus RTU从站通信功能码

以下测试为现场应用中经常用到的功能码FC01、02、03、06、16 4.1 FC01主站读取从站多个DO点状态

FC01功能下，“P_SND_RK”FB8的LEN为6，DB1的头两个字节分别是所要读取

从站的地址10号站（16#A），和功能码01，如表5所示。图14为S7-200的QB0的4个位被传送到DB2的接收区。其中Reg_num位数为1-2040。

地址 0.0 1.0 2.0 4.0

名称

Slave_address Function_code Reg_startAdr Reg_num

类型 值 注释

从站地址 功能代码

位起始地址 WORD W#16#0

位数 WORD W#16#4

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表 5 FC01 的SEND 源区域结构

图14 FC01的数据交换

4.2 FC02主站读取从站多个DI点状态

FC02功能下，“P_SND_RK”FB8的LEN为6，DB1的头两个字节分别是所要读取从站的地址10号站（16#A），和功能码02，如表6所示。图15为S7-200的I0.0-I0.3的四个位被传送到DB2的接收区。其中Reg_num位数为1-2040。

地址 0.0 1.0 2.0 4.0

名称 类型 值 注释 Slave_address 从站地址 Function_code 功能代码

位起始地址 Reg_startAdr WORD W#16#0

位数 Reg_num WORD W#16#4

表 6 FC02 的SEND 源区域结构

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图15 FC02的数据交换

4.3 FC03主站读取从站多个内部寄存器状态

FC03功能下，“P_SND_RK”FB8的LEN为6，DB1的头两个字节分别是所要读取从站的地址10号站（16#A），和功能码03，如表7所示。图16为S7-200的V区3个寄存器传送到DB2的接收区。注意在一次请求中可以读取最多 127 个寄存器（每个寄存器2个字节）的数据。

地址 0.0 1.0 2.0 4.0

名称 类型 值 注释 Slave_address 从站地址 Function_code 功能代码

寄存器起始地址 Reg_startAdr WORD W#16#0

寄存器数 Reg_num WORD W#16#3

表 7 FC03 的SEND 源区域结构

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图16 FC03 的数据交换

4.4 FC06主站写单字到从站内部寄存器

FC06功能下，“P_SND_RK”FB8的LEN为6，DB1的头两个字节分别是所要读取从站的地址10号站（16#A），和功能码06，如表8所示。图17为DB1.DBW4传送到从站VW0的接收区。

地址 0.0 1.0 2.0 4.0

名称 类型 值 注释 Slave_address 从站地址 Function_code 功能代码 寄存器地址 Reg_startAdr WORD W#16#0

寄存器值 Reg_num WORD W#16#1234

表 8 FC06 的SEND 源区域结构

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图17 FC06 的数据交换

4.5 FC16主站写多字到从站内部寄存器

FC16功能下，“P_SND_RK”FB8的LEN不为6，而是发送命令及数据的总长度本例中设为20。DB1的头两个字节分别是所要读取从站的地址10号站（16#A），和功能码16（16#10）。功能码FC16时，所要发送的数据从DB1.DBW6开始（从第7个字节开始）如表9所示。图18为DB1.DBW6开始的多字发送到VW0开始的接收区。Reg_num为写寄存器的总数目。注意在一次请求中可以写最多 127 个寄存器（每个寄存器2个字节）的数据。

地址 0.0 1.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0

名称 类型 值 Slave_address Function_code Reg_startAdr WORD W#16#0 Reg_num WORD W#16#3 Data1 Data2 Data3 表 9 FC16 的SEND 源区域结构

注释 从站地址 功能代码 寄存器起始地址 寄存器数目 寄存器值 寄存器值 寄存器值

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