Modbus RTU V4及以上版本新功能

【导读】博途V15版本开始，Modbus（RTU）指令集更新到V4.0及以上版本，S7-1200固件至少需要V4.2版本，本文主要阐述Modbus RTU V4及以上版本的新功能。


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（一）概述

以V16为例，如图1所示，Modbus （RTU）指令集为V4.4版本，该版本的 Modbus RTU指令有以下重要功能的更新。


图1 Modbus RTU V4 指令集1、Modbus_Master指令变化：

DATA_PTR 接口的DB可以支持"优化块访问"

2、Modbus_Slave指令变化：

MB_HOLD_REG 接口的DB可以支持"优化块访问"可以选择对输入输出过程映像区的读访问限制可以自定义访问DB中的数据区域，而不是默认的IQ区与MB_HOLD_REG）

（二）优化块的支持

DATA_PTR 参数指向要写入或读取的 DB 或 M 地址。如果使用数据块，则必须创建一个全局数据块为读写 Modbus 从站提供数据存储位置。1、自指令版本V4.0起：该参数可以指向优化的DB数据块，在优化数据块中，允许使用以下数据类型的单个元素或者数组：Bool、Byte、Char、Word、Int、DWord、DInt、Real、USInt、UInt、UDInt、SInt或 WChar。MB_HOLD_REG指向Modbus RTU保持寄存器，可以是M存储区或者DB数据块。2、自指令版本V4.0起：该参数可以指向优化的DB数据块，在优化数据块中，允许使用以下数据类型的单个元素或者数组：Bool、Byte、Char、Word、Int、DWord、DInt、Real、USInt、UInt、UDInt、SInt或 WChar。3、举例说明：使用V16博途软件，1215CPU配置CM1241 RS422/485模块作为Modbus RTU主站，1214CPU配置CM1241 RS422/485模块作为Modbus RTU从站。（1）1215CPU在OB1中编写Modbus主站的程序，创建优化DB数据块DB3-Master，DATA_PTR填写该优化的DB块区域：


图2 1215CPU主站Modbus编程


图3 优化的数据块DB3-Master（2）1214CPU在OB1中编写Modbus从站的程序，创建优化的DB数据块DB8，MB_HOLD_REG填写该优化的DB块区域：


图4 1214CPU从站Modbus编程


图5 优化的数据块DB8（3）主站Master的REQ管脚触发，主站读取从站的保持性寄存器40001，长度为5个字，读取结果如图所示：


图6 主站Master读取到的数据（二）Modbus Slave指令的使用

1、Modbus_Slave V4 背景DB的数据内容如下图7所示：


图7 Modbus_Slave V4 背景数据块2、用户程序可以修改图7中圈出的变量：（1）红色为Modbus RTU V4 指令集中 Modbus_Slave 增加的变量，要求的版本是博途V15及其以上，CPU版本 V4.2及其以上。

QB_Read_StartQB_Read_CountIB_Read_StartIB_Read_CountData_Area_Array

（2）黑色为Modbus_Slave V3指令集中 Modbus_Slave V3增加的变量，要求的版本是博途V14SP1及其以上，CPU版本 V4.1.1及其以上。

QB_StartQB_Count

（3）蓝色为Modbus_Slave V3指令集中 Modbus_Slave V2的变量（即初始版本），要求的版本是博途V13SP1及其以上，CPU版本 V4.1.1以及其上。

HR_Start_OffsetExtended_Addressing

（三）过程映像读写访问限制

1、过程映像中写入区域的定义：QB_Start：CPU 可写入的输出字节的起始地址QB_Count：CPU 可写入的输出字节的字节数。如果 QB_Count = 0，则CPU 的输出字节均无法写入。默认是QB_Start为0，QB_Count为65535，即所有输出字节区域均可以写访问。示例：要想只允许 QB10 到 QB17 可写入，则 QB_Start = 10且 QB_Count = 8。2、过程映像中读取区域的定义：QB_Read_Start：CPU 可读取的输出字节的起始地址QB_Read_Count：CPU 可读取的输出字节的字节数。如果 QB_Read_Count = 0，则CPU 的输出字节均无法读取。默认是QB_Read_Start为0，QB_Read_Count为65535，即所有输出字节区域均可以读访问。示例：要想只允许 QB10 到 QB17 可读取，则 QB_Read_Start = 10 且 QB_Read_Count = 8。IB_Read_Start：CPU 可读取的输入字节的起始地址IB_Read_Count：CPU 可读取的输入字节的字节数。如果 IB_Read_Count = 0，CPU 的输入字节均无法读取。默认是IB_Read_Start为0，IB_Read_Count为65535，即所有输入字节区域均可以读访问。示例：要想只允许 IB10 到 IB17 可读取，则 IB_Read_Start = 10 且 IB_Read_Count = 8。（四）访问DB中的数据区域而不是直接访问Modbus地址

Modbus_Slave 指令版本 V4.0 以及 S7-1200 CPU 固件 (FW) 版本 V4.2 起，用户可访问数据块中的数据区域，而不用直接访问过程映像和保持寄存器。为此，在全局 DB 属性页中，必须取消选中"仅存储在装载存储器中和"优化块访问复选框。
1、如果 MODBUS 请求到达时，尚未定义相应功能代码的 MODBUS 数据类型的数据区域，请求会按之前的指令版本处理，即直接访问过程映像和保持性寄存器。2、如果 MODBUS 请求到达时，已定义功能代码的 MODBUS 数据类型的数据区域，则 Modbus_Slave 指令会对此数据区域执行读写操作。具体是读操作还是写操作取决于作业类型。3、单个 MODBUS 请求只能对一个数据区域进行读写操作。如果要读取覆盖多个数据区域的保持性寄存器，则需要多个 MODBUS 请求。4、数据区域的定义规则如下：

最多可以定义8个数据区，位于Data_Area_Array[1..8]中。数据区数组元素定义必须连续，如果中间某数组元素定义无效，则后面的区域不生效。如果在数据区定义了保持寄存器，则MB_HOLD_REG映射失效，如果在数据区定义了过程映像输出，则对应的Q区映射失效，如果在数据区定义了过程映像输入，则对应的I区映射失效，如果在数据区定义了输入寄存器，则对应的AI区映射失效。也就是说，如果在数据区内没有定义哪个区域，则原有的映射依然保留。单个MODBUS 请求只能对恰好一个数据区域进行读写操作。每个字段元素 Data_Area_Array[x]（其中 1 <= x <= 8）都是 MB_DataArea 类型的UDT，结构参见表1：

参数	数据类型	含义
data_type	UInt	映射到此数据区域的 MODBUS 数据类型的标识符： • 0：空字段元素或未使用数据区域的标识符。此时，db、start和length的值无效。 • 1：过程映像输出（与功能代码 1、5 和 15 一起使用） • 2：过程映像输入（与功能代码 2 一起使用） • 3：保持寄存器（与功能代码 3、6 和 16 一起使用） • 4：输入寄存器（与功能代码 4 一起使用）
db	UInt	映射的数据区编号，该DB必须是非优化DB
start	UInt	映射到数据块中的首个 MODBUS 地址，从0开始
length	UInt	Bool数（对于data_type 1或者2），Word数（data_type 3或者4）

表1 Data_Area_Array数组的元素及其含义4、举例说明：本例中，使用V16博途软件，1215CPU配置CM1241 RS422/485模块作为Modbus RTU主站，1214CPU配置CM1241 RS422/485模块作为Modbus RTU从站，主站访问从站的数据块 (DB) 中的数据区域：（1）主站配置：在OB1中，拖入Modbus_Comm_Load 指令和Modbus_Master 指令，MODE=0,DATA_ADDR=40006，DATA_LEN=5，如图8所示：



图8 主站调用Master指令（2）从站配置：在OB1中，拖入Modbus_Comm_Load 指令和Modbus_Slave指令，参考图4所示，从站的背景DB中Data_Area_Array进行如图9配置：


图9 1214CPU Modbus_Slave背景DB中Data_Area_ArrayData_Area_Array[1]：data_type = 3，db = 3，start = 0，length = 5,，即DB3.DBW0-DB3.DBW8对应40001-40005。Data_Area_Array[2]：data_type = 3，db = 4，start = 5，length = 5,，即DB4.DBW0-DB4.DBW8对应40006-40010。Data_Area_Array[3]：data_type = 3，db = 5，start = 10，length = 5,，即DB5.DBW0-DB5.DBW8对应40011-40015。Data_Area_Array[4]：data_type = 0，db = 0，start = 0，length = 0。Data_Area_Array[5]：data_type = 3，db = 6，start = 15，length = 5，即DB6.DBW0-DB6.DBW8对应40016-40020，由于Data_Area_Array[4]参数为空，所以Data_Area_Array[5]参数失效。（3）在1214CPU创建4个非优化DB块，DB3/DB4/DB5/DB6，如图11所示：


图11 1214CPU创建数据块（4）1215CPU的Master块读取40006-40010地址，对应1214CPU的DB4块中的DB4.DBW0-DB4.DBW8内容，Master块读取到内容如图12所示：


图12 主站CPU读取到的数据（5）如果主站Master读取从站Modbus地址40016，数据长度5，如图13所示：



图13 主站调用Master指令（6）由于从站1214CPU没有40016-40020地址对应的数据区域，所以Master指令执行之后报错，如图14所示，16#8383：请求帧中的数据地址无效。



图14 Master指令执行报错（五）HR_Start_Offset

1、HR_Start_Offset 用于指定 Modbus 保持寄存器的起始地址，存储在Modbus_Slave 背景数据块中，默认是0。2、Modbus 保持寄存器地址从 40001 或 400001 开始。这些地址与保持寄存器的 PLC 存储器起始地址对应。通过组态"HR_Start_Offset"变量，可以将 Modbus 保持寄存器的起始地址定义为除 40001 或 400001 之外的其它值。（1）例如，如果保持寄存器被组态为起始于 MW100 并且长度为 100 个字（即MB_HOLD_REG设置为P#M100.0 WORD 100）。偏移量 20 可指定保持寄存器的起始地址为 40021 而不是 40001。低于 40021 和高于 400119 的任何地址都将导致寻址错误。

HR_Start_Offset	地址	最小值	最大值
0	Modbus地址	40001	40099
	S7-1200地址	MW100	MW298
20	Modbus地址	40021	40119
	S7-1200地址	MW100	MW298

（2）例如，将 Modbus_Slave 放入 LAD 程序段后，可以切换到先前的程序段，分配HR_Start_Offset 值。该值必须在执行 Modbus_Slave 前分配，如图6所示：



图15 从站的Slave编程注意：使用Data_Area_Array修改保持寄存器区域，不建议修改HR_Start_Offset。（六）Extended_Addressing

Modbus 从站寻址可组态为单字节（Modbus 标准方式）或双字节。扩展寻址用于对单一网络内地址超过 247 进行寻址。选择扩展寻址后，最多可以对 65535 个地址进行寻址。
1、Extended_Addressing 为FALSE（默认设置）：1 字节地址，地址范围0 到 247。2、Extended_Addressing 为TRUE ：2 字节地址，地址范围0 到 65535。

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