西门子S7200和变频器MODBUS通讯实例详解.pdf

西门子西门子 S7200S7200 与变频器与变频器 MODBUSMODBUS 通讯实例详解通讯实例详解西门子西门子 S7200PLCS7200PLC简介简介西门子 S7-200PLC在实时模式下具有速度快，具有通讯功能和较高的生产力的特点。一致的模块化设计促进了低性能定制产品的创造和可扩展性的解决方案。来自西门子的S7-200 微型 PLC 可以被当作独立的微型PLC 解决方案或与其他控制器相结合使用。ModbusModbus 通讯协议简介通讯协议简介Modbus 是由 Modicon（现为施耐德电气公司的一个品牌）在1979 年发明的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。ModBus 网络是一个工业通信系统，由带智能终端的可编程序控制器和计算机通过公用线路或局部专用线路连接而成。其系统结构既包括硬件、亦包括软件。它可应用于各种数据采集和过程监控。ModBus 网络只有一个主机，所有通信都由他发出。网络可支持247 个之多的远程从属控制器，但实际所支持的从机数要由所用通信设备决定。采用这个系统，各PC 可以和中心主机交换信息而不影响各PC 执行本身的控制任务。1 MODBUS RTU1 MODBUS RTU 协议在协议在 S7-200S7-200 中的应用原理中的应用原理1.1 MODBUS RTU1.1 MODBUS RTU协议与协议与 S7-200S7-200 相互关系简介相互关系简介S7-200 CPU 上的通讯口 Port0 可以支持 MODBUS RTU 协议，成为 MODBUS RTU从站。此功能是通过 S7-200 的自由口通讯模式实现，因此可以通过无线数据电台等慢速通讯设备传输。想在 S7-200 CPU 与其他支持 MODBUS RTU的设备使用 MODBUS RTU协议通讯，需要由有 S7-200 CPU 做 MODBUS 主站。S7-200 CPU 做主站必须由用户自己用自由口模式，按相关协议编程。2 2 从站指令的用法：从站指令的用法：S7-200 控制系统应用中，MODBUS RTU 从站指令库只支持 CPU 上的通讯 0 口(Port0)。要实现 MODBUS RTU通讯，需要 Step7-Micro/WIN32 V3.2以上版本的编程软件，而且须安装 Step7-Micro/WIN32 V3.2 Instruction Library(指令库)。MODBUS RTU功能是通过指令库中预先编好的程序功能块实现的。MODBUS RTUMODBUS RTU 协议在协议在 S7-200S7-200 中应用的基本过程中应用的基本过程(1)首 先 检 查 S7-200 控 制 系 统 中 所 用 Micro/WINStep7-Micro/WIN V3.2以上版本。(2)检查 Micro/WIN 的指令树中是否存在 MODBUS RTU 从站指令库(图 1)，库中应当包括 MBUS_INIT 和 MBUS_SLAVE两个子程序。如果没有，须安装 Micro/WIN32 V3.2Instruction Library(指令库)软件包编程时使用 SM0.1调用子程序 MBUS_INIT 进行初始化，使用 SM0.0调用研究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。软 件 版 本，应 当 是调用调用 MODBUSMODBUS 通讯指令库通讯指令库参数意义如下参数意义如下:模式选择:启动/停止 MODBUS，1=启动;0=停止;从站地址:MODBUS 从站址，取值 1247;波特率:可选 1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600;奇偶校验:0=无校验;1=奇校验;2=偶校验;延时:附加字符间延时，缺省值为0;最大 I/Q 位:参与通讯的最大 I/O 点数，S7-200I/O 映像区为 128/128，缺省值为 128;最大 AI 字数:参与通讯的最大 AI 通道数，可为 16 或 32;最大保持寄存器区:参与通讯的 V 存储区字(VW);保持寄存器区起始址:以&VBx 指定(间接寻址方式);初始化完成标志:成功初始化后置 1;错误代码:0=无错误。1.31.3 注意的问题注意的问题调用 Step7-Mciro/WIN32 V3.2 Instruction Library(指令库)需要分配库指令数据区(Library Memory)。库指令数据区是相应库 子程序和中断程序所要用到变量存储空间。编程时不分配库指令数据区，编译时会产生许多相同的错误。由子程序参数 HoldStart 和 MaxHold 指定保持寄存器区，是S7-200 CPUV 数据存储区中分配，此数据区不能和库指令数据区有任何重叠，否则运行时会产生错误，不能正常通讯。注意 MODBUS 中保持寄存器区按“字”寻址，即 MaxHold 规定是 VW 而VB个数。3 3 主站指令的用法：主站指令的用法：1.MODBUS RTU 主站指令库的功能是通过在用户程序中调用预先编好的程序功能块实现的，该库对 Port 0 和 Port 1 有效。该指令库将设置通信口工作在自由口模式下。2.MODBUS RTU 主站指令库使用了一些用户中断功能，编其他程序时不能在用户程序中禁止中断。3.MODBUS RTU 主站库对 CPU 的版本有要求。CPU 的版本必须为 2.00 或者 2.01（即订货号为 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 主站指令库，可以读写 MODBUS RTU 从站的数字量、模拟量I/O 以及保持寄存器。要使用要使用 MODBUS RTUMODBUS RTU 主站指令库，须遵循下列步骤：主站指令库，须遵循下列步骤：安装西门子标准指令库安装西门子标准指令库按照要求编写用户程序调用 MODBUS RTU 主站指令库MODBUS RTUMODBUS RTU 主站功能编程主站功能编程1.调用 MODBUS RTU 主站初始化和控制子程序使用 SM0.0 调用 MBUS_CTRL 完成主站的初始化，并启动其功能控制：用 SM0.0 调用 MODBUS RTU 主站初始化与控制子程序各参数意义如下各参数意义如下:a.EN 使能：必须保证每一扫描周期都被使能（使用 SM0.0）b.Mode 模式：为 1 时，使能 MODBUS 协议功能；为 0 时恢复为系统 PPI 协议c.Baud 波特率：支持的通讯波特率为1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200。d.Parity 校验：校验方式选择0无校验1奇较验2偶较验e.Timeout 超时：主站等待从站响应的时间，以毫秒为单位，典型的设置值为1000毫秒（1 秒），允许设置的范围为 1-32767。注意：这个值必须设置足够大以保证从站有时间响应。f.Done 完成位：初始化完成，此位会自动置1。可以用该位启动 MBUS_MSG 读写操作（见例程）g.Error初始化错误代码（只有在 Done 位为 1 时有效）：0 无错误1 校验选择非法2 波特率选择非法3 模式选择非法2.2.调用调用 MODBUS RTUMODBUS RTU 主站读写子程序主站读写子程序 MBUS_MSGMBUS_MSG，发送一个，发送一个 MODBUSMODBUS 请求；请求；调用调用 MODBUS RTUMODBUS RTU 主站读写子程序主站读写子程序各参数意义如下各参数意义如下:a.EN 使能：同一时刻只能有一个读写功能（即 MBUS_MSG）使能注意：建议每一个读写功能（即 MBUS_MSG）都用上一个 MBUS_MSG 指令的 Done完成位来激活，以保证所有读写指令循环进行（见例程）。b.First 读写请求位：每一个新的读写请求必须使用脉冲触发c.Slave 从站地址：可选择的范围1-247d.RW 从站地址：0 读，1 写注意：1.开关量输出和保持寄存器支持读和写功能2.开关量输入和模拟量输入只支持读功能e.Addr 读写从站的 选择读写的数据类型数据地址：00001 至 0 xxxx-开关量输出10001 至 1xxxx-开关量输入30001 至 3xxxx-模拟量输入40001 至 4xxxx-保持寄存器f.Count 数据个数 通讯的数据个数（位或字的个数）注意：MODBUS 主站可读/写的最大数据量为120 个字（是指每一个 MBUS_MSG 指令）g.DataPtr 数据指针：1.如果是读指令，读回的数据放到这个数据区中2.如果是写指令，要写出的数据放到这个数据区中h.Done 完成位 读写功能完成位i.Error 错误代码：只有在 Done 位为 1 时，错误代码才有效0 无错误1 响应校验错误2 未用3 接收超时（从站无响应）4 请求参数错误（slave address,MODBUS address,count,RW）5 MODBUS/自由口未使能6 MODBUS 正在忙于其它请求7 响应错误（响应不是请求的操作）8 响应 CRC 校验和错误-101 从站不支持请求的功能102 从站不支持数据地址103 从站不支持此种数据类型104 从站设备故障105 从站接受了信息，但是响应被延迟106 从站忙，拒绝了该信息107 从站拒绝了信息108 从站存储器奇偶错误常见的错误：常见的错误：如果多个 MBUS_MSG 指令同时使能会造成 6 号错误从站 delay 参数设的时间过长会造成主站 3 号错误从站掉电或不运行，网络故障都会造成主站 3 号错误3.3.在在 CPUCPU 的的 V V 数据区中为库指令分配存储区（数据区中为库指令分配存储区（Library MemoryLibrary Memory）MODBUS MasterMODBUS Master 指令库需要一个指令库需要一个 284284 个字节的全局个字节的全局 V V 存储区。存储区。西门子西门子 S7200 PLCS7200 PLCMODBUSMODBUS 支持的功能码支持的功能码功能码描述读取单个/多个线圈的实际输出状态。功能 1 返回任意数量输出点的接通/1断开状态（Q）。读取单个/多个线圈的实际输入状态。功能 2 返回任意数量的输入点的接通2/断开状态（I）多个保持寄存器。功能 3 返回 V 存储器的内容。保持寄存器在 MODBUS3下是字类型，在一个请求中最多可读120 个字。4读单个/多个输入寄存器，返回模拟输入值。写单个线圈（实际输出）。功能5 将实际输出点设置为指定值。该输出点不5是被强制，用户程序可以重写由MODBUS 的请求而写入的值。写单个保持寄存器。功能 6 写一个单个保持寄存器的值到 S7-200 的 V 存6储区。写多个线圈（实际输出）。功能 15 写多个实际输出值到S7-200 的 Q 映像区。起始输出点必须是一个字节的开始（如 Q0.0 或 Q2.0），并且要写得输出的15数量是 8 的倍数。这是 MODBUS 从站协议指令的限定。这些点不是被强制，用户程序可以重写由 MODBUS 的请求而写入的值。写多个保持寄存器。功能 16 写多个保持寄存器到S7-200 的 V 区。在一个16请求中最多可写 120 字。例例 国产精驱变频器与国产精驱变频器与 S7200 CPU224XP PLCS7200 CPU224XP PLC通讯通讯（1 1）设置变频器的通讯参数）设置变频器的通讯参数参数设置值说明P0.014启动命令改为串行通讯P0.032频率给定改为串行通讯P3.091339600 波特率无奇偶校验P3.10硬件接线硬件接线S7200 通讯口 13从站地址 3第 3 脚-RS485+第 8 脚-RS485-(3)(3)初始化程序初始化程序变频器的控制地址，因为变频器控制地址为2000H，所以换位 10 进制为 8192，MUDBUS 地址 40001 开头，需要加1，控制地址为8193，功能码 4 为读写寄存器，因为启动变频器的控制命令为17，所以传送 17 到 VW200 则启动变频器(5)(5)设置变频器的给定频率设置变频器的给定频率变频器的通信控制字节变频器的通信控制字节西门子通讯 MUDBUS 协议在工控上使用最广泛的一种协议，具备以下几个特点1 1）使用简单，）使用简单，利用 MUDBUS 库文件简单的几条指令就能实现与智能仪表，变频器，打印机等设备进行通讯，且无需加其他硬件上的成本MODBUS 总线广泛应用于仪器仪表、智能高低压电器、变送器、可编程控制器、人机界面、变频器、现场智能设备等诸多领域。MODBUS 与其他的现场总线和工业网络相比有以下几个显著特点:2 2）标准、开放）标准、开放:用户可以免费放心的使用用户可以免费放心的使用MODBUS 协议，不用缴纳许可费用，不会涉及侵犯知识产权。目前支持MODBUS 的厂一家超过 400 家，支持 MODBUS 的产品超过 600 种。在中国，MODBUS 已经成为国家标准 GB/T19582-2008。据不完全统 计：截止到2007 年 MODBUS 的节点安装数量已经超过了 1000 万个。3 3）应用广泛：）应用广泛：凡 MODBUS 协议设备具有 RS232/485 接口的都可以使用本产品实现与现场总线 PROFIBUS 的互连。如：具有MODBUS 协议接口的变频器、智能高低压电器、电机启动保护装置、电量测量装置、智能现场测量设备、各种变送器及仪表等。4）MODBUS 可以支持较多类型的电气接口：MODBUS 总线协议采用主站查询从站的方式，物理接口可以是 RS232、RS485、RS422、RJ45，还可以在各种介质上传送，如双绞线、光纤、无线射频等.5）MODBUS 的帧格式较为简单、紧凑，格式规范，易于传输，通俗易懂。用户使用容易，厂商开发简单。用户不必了解 PROFIBUS 和 MODBUS 技术细节，只需参考说明手册及提供的应用实例，按要求完成配置，不需要复杂的编程，即可在短时间内实现设备间的连接通信。6）透明通信：用户可以依照 PROFIBUS 通信数据区和 MODBUS 通信数据区的映射关系，实现 PROFIBUS 到 MODBUS 之间的数据透明通信。