6ES7322-1FF01-0AA0現貨西門子代理

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西門子1200PLC的Modbus（RTU）詳細說明全集

S7-1200 Modbus RTU通信概述

（資料信息來源西門官網）

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網絡上只能有一個主站存在，主站在Modbus網絡上沒有地址，每個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，從站的實際地址范圍為1 - 247。Modbus RTU通信以主從的方式進行數據傳輸，在傳輸的過程中Modbus RTU主站是主動方，即主站發送數據請求報文到從站，Modbus RTU從站返回響應報文。

S7-1200以下模塊支持 Modbus RTU通信：

通信模塊/通信板	訂貨號
CM1241 RS232	6ES7 241-1AH32-0XB0
CM1241 RS485	6ES7 241-1CH30-0XB0
CM1241 RS422/485	6ES7 241-1CH32-0XB0
CB 1241 RS485	6ES7 241-1CH30-1XB0

注意

1. 使用通信模塊CM 1241 RS232作為Modbus RTU主站時，只能與一個從站通訊。

2. 使用通信模塊CM 1241 RS485作為Modbus RTU主站時，則允許建立多與 32 個從站的通訊。

3. 使用通信板CB 1241 RS485時，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。

S7-1200 Modbus RTU指令

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

軟件，硬件要求和指令版本說明如下。

軟件STEP 7 V11 中的S7-1200 Modbus RTU 指令

軟件STEP 7 V11版本開始，可以從“指令”→“通信處理器”→“MODBUS”下直接調用 “MB_COMM_LOAD”和“MB_MASTER”或“MB_SLAVE”指令，如下圖1所示：

圖1 Modbus RTU指令

Modbus RTU指令有兩個版本：分別為V1 和V2。版本V1初在 STEP 7 Basic V10.5 中提供；版本V2 在 STEP 7 Basic/Professional V11 中提供。

軟件STEP 7 V13 SP1 中的S7-1200 Modbus RTU 指令

TIA V13 SP1版本軟件中提供了2個版本的 Modbus RTU指令。如下圖 2 所示：早期版本的 Modbus RTU 指令（圖2. 中 MODBUS (V2.2)）僅可通過 CM1241 通信模塊或 CB1241 通信板進行 Modbus RTU 通信。新版本的Modbus RTU指令（圖2. 中 MODBUS(RTU) V3.0）擴展了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 機架上的PTP通信模塊實現 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CM1241通信模塊或CB1241通信板進行Modbus RTU通信時，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2. 兩個版本 Modbus RTU 指令

常見問題

1、西門子不提供支持MODBUS-ASCII通信模式的的現成指令，需要用戶自己用自由口模式編程。2、Modbus RTU指令版本 V2 將參數“REQ”和“DONE”添加到“MB_COMM_LOAD”指令。而且，“MB_MASTER”和“MB_SLAVE ”指令的“MB_ADDR ”參數現在允許一個UInt值以進行擴展尋址。3、不能在同一CPU 程序中同時使用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；主版本組內的各個指令可具有不同的次版本號。4、對S7-1200 通信模塊CM1241組態并編程調用“MB_COMM_LOAD”指令，可將其設置為Modbus RTU通信模式。通過編程調用“MB_MASTER”指令，S7-1200 通信模塊CM1241可作為Modbus RTU主站，或調用“MB_SLAVE”指令，S7-1200 通信模塊CM1241可作為Modbus RTU從站。5、無論S7-1200 通信模塊CM1241作為Modbus RTU主站還是從站，都需要調用“MB_COMM_LOAD”指令進行編程。6、S7-1200 CM1241/CB1241 Modbus RTU 通信支持兩位停止位。S7-1200 CM1241/CB1241屬性里可以設置停止位，但是該模塊用于 Modbus 通信時，此設置的停止位無效，需要在 Modbus_Commload 指令的背景DB里Static修改STOP_BITS停止位數值為2。如下圖3、4所示：

圖3. CM1241 配置停止位參數

Modbus_Commload 指令的背景DB里Static修改STOP_BITS停止位數值為2（默認值=1）

圖4. 修改 Modbus RTU 通信停止位

Modbus RTU新版本指令介紹

（資料信息來源西門官網）

TIA V13 SP1版本軟件中提供了2個版本的Modbus RTU指令：

圖1. 兩個版本Modbus RTU指令

早期版本的Modbus RTU指令（圖1中MODBUS (V2.2)）僅可通過CM1241通信模塊或CB1241通信板進行Modbus RTU通信。
新版本的Modbus RTU指令（圖1中 MODBUS(RTU) V3.0）擴展了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機架上的PTP通信模塊實現Modbus RTU通信。

新版本Modbus RTU指令所支持的PTP模塊如下圖2所示：

圖2. 新版本 Modbus RTU指令所支持的PTP模塊

新版Modbus RTU指令的使用

新版本Modbus RTU指令中包含Modbus RTU 主站指令和從站指令。本文以 CPU1217C+CM1241 RS422/485+ET200SP CM PTP 模塊為例，介紹新版本 Modbus RTU 指令主從通信的編程步驟。 
其中CPU機架CM1241 RS422/485作為Modbus RTU從站，分布式機架ET200SP中 CMPTP模塊作為Modbus RTU主站。網絡結構圖如下：

圖3. Modubus RTU 網絡通信結構圖

使用到的硬件和軟件如下:

硬件：
① CPU1217C(訂貨號:6ES7 217-1AG40-0XB0)，固件版本V4.1.3
② CM1241 RS422/485模塊(訂貨號:6ES7 241-1CH32-0XB0)，固件版本V2.1
③ 24V 電源PS307(訂貨號:6ES7307-1KA02-0AA0） 
④ ET200 SP IM155-6PN HF(訂貨號:6ES7155-6AU00-0CN0）
⑤ CM PTP模塊(訂貨號:6ES7137-6AA00-0BA0）

軟件：
① TIA V13 SP1 UP 9

一、設備組態

1組態CM1241 RS422/485模塊

打開設備視圖，添加S7-1200CPU，并在硬件目錄里找到“通信模塊”→“點到點”→“CM1241(RS422/485)”,拖拽此模塊至CPU左側即可，如下圖4所示：

圖4. 添加 CM 1241 RS422/485模塊

需要注意：固件版本>=V2.1 的CM 1241 RS422/485模塊，才支持新版本Modbus RTU指令。

接下來，在“設備視圖”中用鼠標選中CM1241(RS422/485)模塊，在“屬性”→“端口組態”中配置此模塊硬件接口參數，
本例以傳輸率=9.6Kbps，奇偶校驗=無奇偶校驗，數據位=8位字符，停止位=1為例。如CM 1241 端口組態設置如下圖5所示：

圖5. CM1241 RS422/485 模塊端口組態

后在“硬件標識符”里確認一下硬件標識符為269（該參數在程序編程中會被使用），如下圖6所示：

圖6.硬件標識符

另外，S7-1200 還提供了系統和時鐘存儲器功能，為了便于后續指令，建議使能該功能。在CPU “屬性”→“常規”→“系統和時鐘存儲器”使能系統和時鐘存儲器功能，如圖7所示。

圖7. 系統和時鐘存儲器功能

2組態ET200 SP CM PtP模塊
a、插入一個ET200SP分布式站點。

打開網絡視圖并拖入一個ET200SP站點，并將其分配給相應的IO控制器(本例CPU1217C 為 IO 控制器)，如圖8所示。

圖8. 插入ET200SP站點

b、組態ET200SP 站點。

在ET200SP的"設備視圖"環境下，為ET200SP 站點添加信號、通信模塊和服務器模塊，在本例中只添加了CM PTP模塊和服務器模塊。
需要注意：ET200SP站點中，服務器模塊是必須組態的。服務器模塊隨接口模塊一起采購，無需單獨購買。

ET200SP接口模塊需要為其分配IP地址和Device Name， 有關ET200 SP 分布式IO 組態詳細步驟，請參考《ET200 SP使用快速入門》。

《ET200 SP 使用快速入門》下載鏈接：
https://support.industry.siemens.com/cs/cn/zh/view/78304711

在ET200SP"設備視圖"中用鼠標選中CM PTP，在“屬性”→“常規”→“接口”→“操作模式”中配置此模塊硬件接口參數，
本例設定“指定工作模式"："半雙工（RS485）2線制操作"；"接收線路的初始狀態"："無"。如下圖9所示：

圖9. CM PTP 操作模式

接下來，在“屬性”→“常規”→“接口”→“端口組態”中配置此模塊端口組態參數，
本例設定"協議"："Freeport/Modbus"；"端口參數"設置：傳輸率=9.6Kbps，奇偶校驗=無奇偶校驗，數據位=8位字符，停止位=1為例。端口組態設置如下圖10所示：

圖10. CM PTP 端口組態

后需要在“硬件標識符”里確認一下CM PTP 模塊硬件標識符，該參數在程序編程中會被使用。

二、軟件編程

1Modbus RTU 主站編程

Modbus RTU主站編程需要調用Modbus_Comm_Load指令和Modbus_Master指令,其中Modbus_Comm_Load指令通過Modbus RTU協議對通信模塊進行組態，Modbus_Master指令可通過由Modbus_Comm_Load指令組態的端口作為Modbus主站進行通信,Modbus_Comm_Load指令的MB_DB參數必須連接到Modbus_Master指令的（靜態）MB_DB參數。

本例中分布式機架ET200SP中CM PTP模塊作為Modbus RTU主站，其相關編程步驟如下：

a、OB1中插入一個FC函數，并在函數中拖入Modbus_Comm_Load指令和Modbus_Master指令。如圖11所示

圖11. 拖入Modbus RTU 主站指令

Modbus_Comm_Load指令各參數意義如下表1所示：

引腳	說明
REQ	上升沿觸發
PORT	通信端口的硬件標識符
BAUD	波特率選擇：3600，6000，12000，2400，4800，9600，19200，38400，57600，76800，115200
PARITY	奇偶檢驗選擇：0-無；1-奇校驗；2-偶校驗
FLOW_CTRL	流控制選擇：0-（默認值）無流控制
RTS_ON_DLY	RTS延時選擇：0-（默認值）
RTS_OFF_DLY	RTS關斷延時選擇：0-（默認值）
RESP_TO	響應超時：默認值 = 1000 ms。MB_MASTER 允許用于從站響應的時間（以毫秒為單位）。
MB_DB	對 Modbus_Master 或 Modbus_Slave 指令的背景數據塊的引用。 MB_DB 參數必須與 Modbus_Master 或 Modbus_Slave 指令中的靜態變量MB_DB 參數相連。
DONE	如果上一個請求完成并且沒有錯誤，DONE 位將變為 TRUE 并保持一個周期。
ERROR	如果上一個請求完成出錯，則 ERROR 位將變為 TRUE 并保持一個周期。STATUS 參數中的錯誤代碼僅在 ERROR = TRUE 的周期內有效。
STATUS	端口組態錯誤代碼，請參考TIA 軟件在線幫助或S7-1200 系統手冊。

                              表1 MB_COMM_LOAD指令參數意義
Modbus_Master指令各參數意義如下表2所示：

引腳	說明
EN	使能端
REQ	TRUE = 請求向 Modbus 從站發送數據 ，建議采用上升沿觸發
MB_ADDR	Modbus RTU從站地址。默認地址范圍：0至247；擴展地址范圍：0至65535。值0被保留用于將消息廣播到所有Modbus從站。
MODE	模式選擇：指定請求類型（讀取或寫入）。
DATA_ADDR	從站中的起始地址：指定Modbus從站中將供訪問的數據的起始地址。
DATA_LEN	數據長度：指定要在該請求中訪問的位數或字數。
DATA_PTR	數據指針：指向要進行數據寫入或數據讀取的標記或數據塊地址。
DONE	完成位：上一請求已完成且沒有出錯后，DONE 位將保持為 TRUE 一個掃描周期時間。
BUSY	FALSE – Modbus_Master 無激活命令: TRUE – Modbus_Master 命令執行中
ERROR	對 Modbus_Master 或 Modbus_Slave 指令的背景數據塊的引用。 MB_DB 參數必須與 Modbus_Master 或 Modbus_Slave 指令中的靜態變量MB_DB 參數相連。
STATUS	如果上一個請求完成并且沒有錯誤，DONE 位將變為 TRUE 并保持一個周期。
ERROR	如果上一個請求完成出錯，則 ERROR 位將變為 TRUE 并保持一個周期。STATUS 參數中的錯誤代碼僅在 ERROR = TRUE 的周期內有效。
STATUS	錯誤代碼

表2 Modbus_Master指令參數意義

注意

① Modbus_Comm_Load指令不建議在啟動組織塊OB100中調用，建議在OB1中調用。Modbus_Comm_Load指令在OB1中調用時，其輸入位“REQ”需使用上升沿觸發，本例中該輸入位采用 “FirstScan” 系統存儲器位。
② Modbus_Comm_Load指令背景數據塊中的靜態變量“MODE”用于描述PTP模塊的工作模式，有效的工作模式包括：

· 0 = 全雙工 (RS232)

· 1 = 全雙工 (RS422) 四線制模式（點對點）

· 2 = 全全雙工 (RS 422) 四線制模式（多點主站，CM PtP (ET 200SP)）

· 3 = 全全雙工 (RS 422) 四線制模式（多點從站，CM PtP (ET 200SP)）

· 4 = 半雙工 (RS485) 二線制模式

該靜態變量“MODE”默認數據為0（RS232 全雙工模式），需要根據CM PTP模塊實際組態修改該數值，本例中CM PTP模塊工作在RS485半雙工模式需要將該數值修改為4，如圖12所示。

圖12. Modbus_Comm_Load背景數據塊靜態變量“MODE”修改為4

③ Modbus_Master指令的“DATA_PTR”參數用于指向要進行數據寫入或數據讀取的數據區域地址，該數據區域支持優化訪問的數據塊或者非優化（標準的）數據塊，建議采用非優化訪問的數據塊。
本例中使用的數據區為非優化訪問的數據塊，在數據塊的屬性中取消“優化的塊訪問”即可將數據塊修改為非優化訪問的數據塊（鼠標右鍵數據塊，選擇“屬性”，取消“優化的塊訪問”），如圖13所示。

圖13. 設置數據塊為非優化訪問

當Modbus_Master指令的“DATA_PTR”指向非優化訪問的數據塊時，該輸入參數需要使用指針方式填寫如P#DB3.DBX0.0 WORD 5 方式填寫。
④ 當Modbus RTU網絡中存在多個modbus RTU從站或一個modbus RTU從站同時需要讀操作和寫操作，則需要調用多個Modbus_Master指令，Modbus_Master指令之間需要采用輪詢方式調用。
下圖14用于描述兩個Modbus_Master指令輪詢調用的方式。

圖14.Modbus_Master輪詢調用方式

b、插入"Pull or plug of modules" 中斷OB83。

本例中Modbus RTU主站模塊安裝在分布式IO站點上，因此程序中需要考慮分布式IO站點故障、CM PTP 模塊插拔模塊等故障。 
分布式IO站點中插出、拔入模塊時，操作系統都會調用一次OB83。通過OB83接口區的輸入變量“16#Event_Class”判斷故障的模塊和類型：事件類型16#39表示模塊被拔出，事件類型16#38表示模塊被插入。
CM PTP 模塊被重新插入的時候，需要在中斷OB83中調用Modbus_Comm_Load 指令對通信模塊進行重新組態，如圖15所示。

圖15. OB83中再次調用Modbus_Comm_Load 指令

注意

① OB83 中調用Modbus_Comm_Load指令的背景數據塊需要與OB1中調用的Modbus_Comm_Load指令的背景數據塊相同。
② CM PTP模塊的硬件標識符也可以在"PLC變量"--->"系統常數"中查詢，如圖16. 所示。

圖16. 系統常量

c、插入"Rack or Station failure" 中斷OB86。

分布式IO站點故障和恢復時，操作系統都會調用一次OB86。通過OB86接口區的輸入變量“16#Event_Class”判斷故障的模塊和類型：事件類型16#39表示站點故障，事件類型16#38表示站點恢復。
CM PTP 模塊所在的IO站點恢復時，需要在中斷OB86中調用Modbus_Comm_Load 指令對通信模塊進行重新組態，如圖17所示。

圖17. OB86中調用Modbus_Comm_Load 指令

注意

①OB86 中調用Modbus_Comm_Load指令的背景數據塊需要與OB1中調用的Modbus_Comm_Load指令的背景數據塊相同。
② 分布式IO 站點的硬件標識符也可以在"PLC變量"--->"系統常數"中查詢。

2Modbus RTU 從站編程

Modbus RTU從站編程需要調用Modbus_Comm_Load指令和Modbus_Slave指令，其中Modbus_Comm_Load指令通過Modbus RTU協議對通信模塊進行組態，Modbus_Slave指令可通過由Modbus_Comm_Load指令組態的端口作為Modbus從站進行通信，Modbus_Comm_Load指令的MB_DB參數必須連接到Modbus_Slaver指令的（靜態）MB_DB參數。

本例中CPU機架CM1241 RS422/485作為Modbus RTU從站，其相關編程步驟如下：

OB1中插入一個FC函數，并在函數中拖入Modbus_Comm_Load指令和Modbus_Slave指令。如圖18所示

圖18. 拖入Modbus RTU 從站指令

Modbus_Slave指令各參數意義如下表3所示：

引腳	說明
MB_ADDR	Modbus 從站的標準尋址： 標準尋址范圍（1 到 247） 擴展尋址范圍（0 到 65535）
MB_HOLD_REG	數據指針，指向Modbus 保持寄存器的地址， Modbus 保持寄存器可以為M存儲區或DB數據區。 如果Modbus 保持寄存器為DB數據區，則DB數據區支持優化訪問的數據塊或非優化訪問的數據塊，建議采用非優化訪問的數據塊。
NDR	可用的新數據： · FALSE - 無新數據 · TRUE – 表示新數據已由 Modbus 主站寫入  如果上一個請求完成并且沒有錯誤，NDR 位將變為 TRUE 并保持一個周期。
DR	讀取數據： · FALSE - 無新數據 · TRUE –表示該指令已將 Modbus 主站接收到的數據存儲在目標區域中。 如果上一個請求完成并且沒有錯誤，DR 位將變為 TRUE 并保持一個周期。
ERROR	如果上一個請求完成出錯，則 ERROR 位將變為 TRUE 并保持一個周期。如果執行因錯誤而終止，則 STATUS 參數中的錯誤代碼僅在 ERROR = TRUE 的周期內有效。
STATUS	錯誤代碼

表3 Modbus_Slave指令參數意義

注意