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一,、 組網(wǎng)概述

本文以 ZKA-4488-RS485 為例介紹西門(mén)子PLC與深圳市綜科智控科技開(kāi)發(fā)有限公司的IO設(shè)備進(jìn)行Modbus通訊的步驟設(shè)置,。ZKA-4488-RS485 是 8 路數(shù)字量輸入（DI），8 路數(shù)字量輸出（DO）,，4路模擬量輸入（AI,，0/4-20mA），4 路模擬量輸出設(shè)備（AO,，0/4-20mA）,，485 通信總線。

以 ZKA-4488-RS485 出廠默認(rèn)通訊參數(shù)如下：

站號(hào)：01

波特率：115200（注意：客戶需要參照綜科智控公司的配置指導(dǎo)文檔,，將ZKA-4488-RS485模塊的波特率修改為9600才能適用本例中的介紹）

數(shù)據(jù)格式：8,，N，1

二,、 S7-200 Modbus RTU通信

1 S7-200 Modbus RTU 通信簡(jiǎn)介

Modbus是公開(kāi)通信協(xié)議,，詳細(xì)的協(xié)議和規(guī)范，請(qǐng)?jiān)L問(wèn) Modbus 組織的網(wǎng)站：http://www./

Modbus具有兩種串行傳輸模式：分別為ASCII和RTU,。Modbus是一種單主站的主從通信模式,，Modbus網(wǎng)絡(luò)上只能有一個(gè)主站存在，主站在Modbus網(wǎng)絡(luò)上沒(méi)有地址，每個(gè)從站必須有唯一的地址,，從站的地址范圍為0 - 247,，其中0為廣播地址，從站的實(shí)際地址范圍為1 - 247,。

Modbus RTU通信以主從的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,，在傳輸?shù)倪^(guò)程中Modbus RTU主站是主動(dòng)方，即主站發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求報(bào)文到從站,，Modbus RTU從站返回響應(yīng)報(bào)文,。

S7-1200以下模塊支持 Modbus RTU通信：

注意：
1. 使用通信模塊CM 1241 RS232作為Modbus RTU主站時(shí),，只能與一個(gè)從站通訊,。
2. 使用通信模塊CM 1241 RS485作為Modbus RTU主站時(shí)，則允許建立最多與 32 個(gè)從站的通訊,。
3. 使用通信板CB 1241 RS485時(shí),，CPU 固件必須為 V2.0 或更高版本，且使用軟件必須為STEP 7 Basic V11 或STEP 7 Professional V11 以上更高版本,。

2 Modbus RTU 主站指令庫(kù)

隨著 TIA PORATL 軟件和 S7-1200 CPU 固件的不斷更新,，S7-1200 Modbus RTU 指令也出現(xiàn)了不同的版本。 用戶需要根據(jù)使用的軟件和硬件,，正確選擇使用符合要求的 S7-1200 Modbus RTU 指令來(lái)實(shí)現(xiàn) Modbus RTU 通信,。

軟件，硬件要求和指令版本說(shuō)明如下,。

TIA PORTAL 中的 S7-1200 Modbus RTU 指令

TIA PORTAL 軟件中提供了2個(gè)版本的 Modbus RTU指令,。如下圖 1 所示：

• 早期版本的 Modbus RTU 指令（圖1. 中 MODBUS (V2.2)）僅可通過(guò) CM1241 通信模塊或 CB1241 通信板進(jìn)行 Modbus RTU 通信。

• 新版本的 Modbus RTU 指令（圖1. 中 MODBUS(RTU) V3.0）擴(kuò)展了 Modbus RTU 的功能,，該指令除了支持 CM1241 通信模塊,、CB1241 通信板，還支持 PROFINET 或 PROFIBUS 分布式 I/O 機(jī)架上的 PTP 通信模塊實(shí)現(xiàn) Modbus RTU 通信,。

注意：新版本 Modbus RTU 指令的使用限制條件
新版本 Modbus RTU指令通過(guò)CM1241通信模塊或CB1241通信板進(jìn)行Modbus RTU通信時(shí),，需要滿足如下條件：
a. S7-1200 CPU 的固件版本不能低于V4.1；
b. CM1241通信模塊V2.1 以上或CB1241,。

圖1.兩個(gè)版本Modbus RTU 指令  

3Modbus RTU 主站功能編程

Modbus RTU V1 - V2 版本指令介紹（S7-1200 作為Modbus RTU 主站）

S7-1200 支持Modbus RTU通信模式的模塊可作為Modbus RTU主站,。以下以 CPU1215C DC/DC/DC和CM1241 RS485 模塊為例,，介紹S7-1200 Modbus RTU 主站通信組態(tài)及編程步驟,。

硬件和軟件需求及所完成的通信任務(wù):

硬件：
① CPU1215C DC/DC/DC (訂貨號(hào)：6ES7 215-1AG31-0XB0)
② CM1241 RS485 (訂貨號(hào)：6ES7 241-1CH30-0XB0)
③ PS 307電源（訂貨號(hào)：6ES7307-1KA02-0AA0）
④ ZKA-4488-RS485（綜科智控品牌）
⑤ TP以太網(wǎng)電纜

軟件：
① STEP 7 Professional V11 SP2 UPD4+HSP

所完成的通信任務(wù)：
將ZKA-4488-RS485從站中Modbus地址從30001開(kāi)始的5個(gè)字中的數(shù)據(jù),，分別讀取到Modbus RTU主站CPU1215C 中地址從DB1.DBW0開(kāi)始的5 個(gè)字中。

1.組態(tài)Modbus RTU 通信模塊

在硬件目錄里找到“通信模塊”→“點(diǎn)到點(diǎn)”→“CM1241(RS485)”,，雙擊或拖拽此模塊至CPU左側(cè)即可,，如下圖1所示：

圖1 組態(tài)通信模塊

接下來(lái),，在“設(shè)備視圖”中用鼠標(biāo)選中CM1241(RS485)模塊，在“屬性”→“端口組態(tài)”中配置此模塊硬件接口參數(shù),。如下圖2所示：

以下以傳輸率=9.6Kbps,，奇偶校驗(yàn)=無(wú)奇偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位=8位字符,，停止位=1,，其它保持默認(rèn)設(shè)置為例。注意：請(qǐng)把ZKA-4488-RS485模塊的波特率改成和此處一致的參數(shù),。

圖2 RS485 端口設(shè)置

最后在“硬件標(biāo)識(shí)符”里確認(rèn)一下硬件標(biāo)識(shí)符為271,，如下圖3所示：

圖3 硬件標(biāo)識(shí)符

2.添加啟動(dòng)OB

在項(xiàng)目樹(shù)下選擇“CPU1215C DC/DC/DC”→“程序塊”→“添加新塊”，在彈出的窗口中選擇“OB 組織塊”→ “Startup”,，添加啟動(dòng)OB 100,，如下圖4所示：

圖4 添加啟動(dòng)OB

3.調(diào)用MB_COMM_LOAD指令

為使端口一啟動(dòng)就被設(shè)置為Modbus RTU通信模式，可在OB 100中調(diào)用“MB_COMM_LOAD”指令,。調(diào)用“MB_COMM_LOAD”指令時(shí)會(huì)自動(dòng)彈出創(chuàng)建相應(yīng)背景數(shù)據(jù)塊的界面,，如下圖5所示：

圖5 調(diào)用MB_COMM_LOAD指令

點(diǎn)擊“確認(rèn)”為該指令創(chuàng)建背景數(shù)據(jù)塊后，為各輸入/輸出引腳分配地址,。尤其需注意MB_DB輸入引腳需指向“MB_MASTER”指令的背景數(shù)據(jù)塊,，如下圖6所示：

注意： “MB_COMM_LOAD”指令輸入位“REQ”需使用上升沿觸發(fā)。由于OB 100只在S7-1200啟動(dòng)時(shí)執(zhí)行一次,，因此，此例中將“REQ”設(shè)為“TRUE”,。

圖6 MB_COMM_LOAD指令

MB_COMM_LOAD指令參數(shù)意義如下表1所示：

表1 MB_COMM_LOAD指令參數(shù)意義

4.創(chuàng)建DATA_PTR數(shù)據(jù)發(fā)送,、接收緩沖區(qū)

通過(guò)“程序塊”→ “添加新塊”,，選擇“數(shù)據(jù)塊（DB）”創(chuàng)建 DB 塊，選擇“標(biāo)準(zhǔn)與S7- 300/400兼容” ,，點(diǎn)擊“確認(rèn)”鍵,。在DB中創(chuàng)建數(shù)據(jù)類型為5個(gè)字的數(shù)組，如下圖7所示：

注意：DATA_PTR數(shù)據(jù)發(fā)送,、接收緩沖區(qū)使用的DB訪問(wèn)類型必須是標(biāo)準(zhǔn)與S7- 300/400兼容,。

圖7 創(chuàng)建DATA_PTR 數(shù)據(jù)發(fā)送、接收緩沖區(qū)

5.調(diào)用MB_MASTER指令

在OB1中調(diào)用“MB_MASTER”指令,，調(diào)用該指令時(shí)會(huì)自動(dòng)彈出創(chuàng)建相應(yīng)背景數(shù)據(jù)塊的界面,，如下圖8所示：

圖8 調(diào)用MB_MASTER指令

點(diǎn)擊“確認(rèn)”為該指令創(chuàng)建背景數(shù)據(jù)塊后，并為各輸入/輸出引腳分配地址,，如下圖9所示：

注意：“MB_MASTER”指令的輸入位“REQ”必須使用上升沿觸發(fā),。

以下以S7-1200作為Modbus RTU主站，用F04功能碼讀取Modbus RTU從站2,，從Modbus地址30001開(kāi)始的五個(gè)字,，接收的數(shù)據(jù)存放在緩沖區(qū)DB3.DBW0開(kāi)始區(qū)域?yàn)槔ＴO(shè)置如下所示：MB_ADDR=2,，MODE=0,，DATA_ADDR=30001，DATA_LEN=5,。

地址對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表2所示：

表2 Modbus地址對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖9 MB_MASTER指令

MB_MASTER指令參數(shù)意義如下表3所示：

表3 MB_MASTER指令參數(shù)意義

關(guān)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測(cè)試結(jié)果

在STEP 7 Professional V11 UPD4軟件中打開(kāi)該項(xiàng)目CPU1215C DC/DC/DC的“監(jiān)控表”,，觸發(fā)“MB_MASER”指令的輸入位M10.0,。PLC主站將從站ZKA-4488-RS485地址30001中的數(shù)值11，30002中的數(shù)值12,，30003中的數(shù)值13,，30004中的數(shù)值14，30005中的數(shù)值15,，分別讀取到了地址DB3.DBW0,，DB3.DBW2，DB3.DBW4,，DB3.DBW6,，DB3.DBW8中，如下圖12所示：

圖12 Modbus RTU測(cè)試結(jié)果

S7-1200 Modbus RTU通信模式的多地址或多站點(diǎn)輪詢

多個(gè)CM 1241 RS485 通訊模塊之間可以使用 PROFIBUS 電纜相互連接,?？梢詫?span style="font-family:"Arial","sans-serif""> 1 個(gè)主站和最多 31 個(gè) MODBUS 從站使用 PROFIBUS 電纜連接組網(wǎng)。

S7-1200 Modbus RTU輪詢需要通過(guò)上一條”MB_MASTER“指令輸出位“Done“=1來(lái)觸發(fā)下一條“MB_MASTER“指令,。具體說(shuō)明及編程思路請(qǐng)參考以下鏈接：

如何使用STEP 7(TIA Portal)V11為SIMATIC S7-1200建立Modbus RTU通訊,？

http://support.automation./CN/view/zh/47756141

MB_COMM_LOAD和MB_MASTER指令STATUS錯(cuò)誤代碼

表5 MB_COMM_LOAD指令STATUS錯(cuò)誤代碼

表6 MB_MASTER指令STATUS錯(cuò)誤代碼（指令的通信和組態(tài)錯(cuò)誤消息）

表7 MB_MASTER指令STATUS錯(cuò)誤代碼（Modbus 協(xié)議的錯(cuò)誤消息）

4 連接超時(shí)參數(shù)

S7-1200 Mobus RTU通信網(wǎng)絡(luò)中包含多個(gè)從站站點(diǎn)時(shí),，由于輪詢的網(wǎng)絡(luò)特性，只能同時(shí)讀或?qū)懸粋€(gè)站點(diǎn)數(shù)據(jù),。因此有如下因素,，會(huì)影響到最終整體的輪詢時(shí)間：

1. 通信速率（波特率）設(shè)置時(shí)間

2. 每個(gè)站點(diǎn)的通信數(shù)據(jù)量

3. 站點(diǎn)數(shù)量

4. 通信距離

5. 各站點(diǎn)連接時(shí)間

無(wú)論是由于信號(hào)干擾，硬件質(zhì)量引起的從站掉站或是由于工程需要暫時(shí)關(guān)閉站點(diǎn),，此時(shí)都會(huì)由于“各站點(diǎn)連接時(shí)間”的增加而使通信系統(tǒng)的輪詢時(shí)間大大延長(zhǎng),。在S7-1200的Modbus RTU通信中，主要有三個(gè)參數(shù)與“各站點(diǎn)連接時(shí)間”的設(shè)置相關(guān),。

1. 從站響應(yīng)時(shí)間RESP_TO

如圖1所示,，V2.x版本的MB_COMM_LOAD初始化塊可設(shè)置從站響應(yīng)時(shí)間RESP_TO參數(shù)：

設(shè)置單次連接從站的可響應(yīng)時(shí)間，范圍為5ms到65535ms（默認(rèn)值為1000ms）,；即如從站在此時(shí)間段內(nèi)未作出響應(yīng),，則MB_MASTER將在發(fā)送指定次數(shù)的重試請(qǐng)求后終止請(qǐng)求并提示錯(cuò)誤信息80C8。

圖1. RESP_TO參數(shù)設(shè)置

注意：如圖2所示,，Modbus從站的執(zhí)行頻率須至少小于RESP_TO設(shè)置的響應(yīng)時(shí)間（需要考慮響應(yīng)延遲時(shí)間）,，才可以正常通訊。

圖2. 從站響應(yīng)時(shí)間

2.重試次數(shù)RETRIES

在初始化功能塊MB_COMM_LOAD的背景數(shù)據(jù)塊中,，可設(shè)置重試次數(shù)RETRIES參數(shù)：

主站在返回?zé)o響應(yīng)錯(cuò)誤代碼0x80C8 之前的重試次數(shù),。（默認(rèn)值為2次）
注意：此參數(shù)表示初次連接無(wú)響應(yīng)后，再次連接的次數(shù),；即以默認(rèn)2次為例,，實(shí)際嘗試連接次數(shù)為3次。

圖3 RETRIES參數(shù)設(shè)置

注意：在更改RETRIES參數(shù)后,，需要重新使能MB_COMM_LOAD功能塊的REQ管腳,，否則更改參數(shù)不生效。

3. 主站定時(shí)參數(shù)Blocked_Proc_Timeout

當(dāng)由于某些原因（如已發(fā)出主站請(qǐng)求,，但在徹底完成該請(qǐng)求前停止調(diào)用主站功能塊時(shí)）,，造成Done及Error均沒(méi)有置1時(shí)，需要提供一個(gè)定時(shí)時(shí)間,，在時(shí)間到達(dá)后置位,，以便執(zhí)行下一個(gè)功能塊或輪詢下一個(gè)站點(diǎn)。

MB_Master的背景數(shù)據(jù)塊中提供了主站定時(shí)參數(shù)Blocked_Proc_Timeout（范圍0S到5.5S,，默認(rèn)3S）

此前的RESP_TO 是針對(duì)從站響應(yīng)時(shí)間的,，而Blocked_Proc_Timeout則是針對(duì)主站的定時(shí)時(shí)間，此功能參數(shù)用于防止單個(gè) MB_Master 指令獨(dú)占或鎖定對(duì)端口的訪問(wèn),。

圖4. Blocked_Proc_Timeout參數(shù)設(shè)置

5 Modbus RTU 主站常問(wèn)問(wèn)題

S7-1200 是否支持 Modbus ASCII 通信模式,？

西門(mén)子不提供支持上述通信模式的的現(xiàn)成指令，需要用戶自己用自由口模式編程,。

Modbus RTU指令V1和V2兩個(gè)版本有什么區(qū)別,？

Modbus RTU指令版本 V2 將參數(shù) “REQ” 和 “DONE” 添加到“MB_COMM_LOAD”指令,。而且，“MB_MASTER”和“MB_SLAVE ”指令的“MB_ADDR ”參數(shù)現(xiàn)在允許一個(gè) UInt 值以進(jìn)行擴(kuò)展尋址,。

同一CPU程序中是否可以同時(shí)使用V1和V2兩個(gè)不同版本的Modbus RTU指令,？

不能在同一CPU 程序中同時(shí)使用V1（V1.x）和V2（V2.y）指令版本。用戶程序的 Modbus 指令必須具有相同的主版本號(hào),；主版本組內(nèi)的各個(gè)指令可具有不同的次版本號(hào),。

S7-1200 通信模塊CM1241是否可作為Modbus RTU主站或作為Modbus RTU從站？

對(duì)S7-1200 通信模塊CM1241組態(tài)并編程調(diào)用“MB_COMM_LOAD”指令,，可將其設(shè)置為Modbus RTU通信模式,。通過(guò)編程調(diào)用“MB_MASTER”指令，S7-1200 通信模塊CM1241可作為Modbus RTU主站,，或調(diào)用“MB_SLAVE”指令,，S7-1200 通信模塊CM1241可作為Modbus RTU從站。

注意：無(wú)論S7-1200 通信模塊CM1241作為Modbus RTU主站還是從站,，都需要調(diào)用“MB_COMM_LOAD”指令進(jìn)行編程,。

由于某一個(gè)從站掉站引起的輪詢周期時(shí)間延長(zhǎng)，如何減小此影響,？

通常,，S7-1200可同時(shí)調(diào)整兩個(gè)參數(shù)：從站響應(yīng)時(shí)間 RESP_TO和重試次數(shù) RETRIES，用于減小Modbus從站掉站或暫時(shí)關(guān)閉而增大的輪詢周期時(shí)間,。
例：系統(tǒng)默認(rèn)的嘗試連接次數(shù)為3次,，每次1S，總計(jì)3S,；
可根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際工況適當(dāng)減小從站響應(yīng)時(shí)間RESP_TO,。這一時(shí)間無(wú)法估算，建議多次測(cè)試,，確認(rèn)每個(gè)從站都能夠正常穩(wěn)定連接情況下,，將此時(shí)間設(shè)置的盡量小。
以設(shè)置500ms為例,。再將RETRIES設(shè)置為0,。即對(duì)于每個(gè)從站，主站只嘗試連接一次,，總計(jì)耗時(shí)500ms。

MB_MASTER報(bào)錯(cuò)8200(端口正忙于處理傳送請(qǐng)求),，如何處理,？

此情況是由于MB_MASTER的DONE或ERROR均未置位從而與后續(xù)MB_MASTER沖突導(dǎo)致。確保接通下一個(gè)MB_MASTER的時(shí)間大于Blocked_Proc_Timeout的設(shè)定時(shí)間（默認(rèn)3S）,。

如何檢查S7-1200 通信模塊CM1241是否已被成功設(shè)置為Modbus RTU通信模式,？

可在程序或監(jiān)控表中查看“MB_COMM_LOAD”指令的輸出位“DONE”,，“ERROR”以及“STATUS”狀態(tài)來(lái)判斷S7-1200 通信模塊CM1241是否已被成功設(shè)置為Modbus RTU通信模式。

• 如果該模塊被成功設(shè)置為Modbus RTU通信模式：“MB_COMM_LOAD”指令輸出位“DONE”=1,，“ERROR”=0,，輸出狀態(tài)字“STATUS”=0；

• 如果該模塊未被成功設(shè)置為Modbus RTU通信模式：“MB_COMM_LOAD”指令輸出位“DONE”=0,，“ERROR”=1,，輸出狀態(tài)字“STATUS”輸出錯(cuò)誤代碼。具體錯(cuò)誤原因可查看“MB_COMM_LOAD指令STATUS錯(cuò)誤代碼”表,。

執(zhí)行“MB_MASTER”指令,，總是顯示輸出位“Busy”=1，為什么,？

因?yàn)槎丝谡τ谔幚韨魉驼?qǐng)求,。出現(xiàn)該錯(cuò)誤時(shí)請(qǐng)檢查“MB_MASTER“指令輸入位”REQ“是否為上升沿觸發(fā)，或是否有其它的多個(gè)“MB_MASTER”指令在執(zhí)行,。

通過(guò)執(zhí)行“MB_MASTER”指令無(wú)法寫(xiě)入或讀取Modbus RTU叢站地址的數(shù)據(jù),，但程序中監(jiān)視“MB_MASTER”指令錯(cuò)誤位“Error”=0，錯(cuò)誤代碼“STATUS”=16#0,，為什么,？

“MB_MASTER”指令上一請(qǐng)求因錯(cuò)誤而終止后，ERROR 位將保持為 TRUE 一個(gè)掃描周期時(shí)間,，并且 STATUS 參數(shù)中的錯(cuò)誤代碼值僅在 ERROR =TRUE 的一個(gè)掃描周期內(nèi)有效,，因此無(wú)法通過(guò)程序或監(jiān)控表查看到?？刹捎萌缦滤镜木幊谭绞綄?span style="font-family:"Arial","sans-serif"">ERROR 和 STATUS 參數(shù)讀出,。

圖13 捕捉錯(cuò)誤代碼

S7-1200 作為Modbus RTU 主站，如何對(duì)Modbus RTU從站進(jìn)行0-65535擴(kuò)展尋址,？

通常,，“MB_MASTER”指令的背景數(shù)據(jù)塊“MB_MASTER_DB”中的“EXTENDED_ADDRESSING”默認(rèn)為0，可以對(duì)Modbus RTU從站地址0-247進(jìn)行訪問(wèn),。

將“MB_MASTER”指令的背景數(shù)據(jù)塊“MB_MASTER_DB”中的“EXTENDED_ADDRESSING”設(shè)置為1,，才能對(duì)Modbus RTU從站進(jìn)行0-65535擴(kuò)展尋址?？砂凑杖缦虏襟E設(shè)置“EXTENDED_ADDRESSING”：

首先找到“系統(tǒng)塊”→“程序資源”,，雙擊“MB_MASTER_DB”，在“MB_MASTER”指令的背景數(shù)據(jù)塊“MB_MASTER_DB”中查看“EXTENDED_ADDRESSING”,。

圖14 擴(kuò)展地址區(qū)

在“監(jiān)控表”內(nèi)輸入“MB_MASTER_DB.EXTENDED_ADDRESSING”,將該位置1,。

圖15 修改變量