详解S7-1500PLC 实现 Modbus-RTU 通信

此次讲解以示例项目为例，主要阐述关于SIEMENS S7-1500PLC 实现 Modbus-RTU 通信的配置步骤、程序编写及注意事项，详细的系统配置如下图 ：



图 1 ：实例系统构成

   

    该实例中， Modbus-RTU 主站为安装在 S7-1500 主机架上的 CM PtPRS422/485 HF ，Modbus-RTU 从站模块（站地址为 2）为安装在 ET 200SP 分布式 IO 上的 CM PtP ，接口类型为 RS485 ，通信波特率为 9600bit/s ，无奇偶校验。

该实例所用的软件及硬件

（一）SIMATIC 部件


（二） 硬件组态步骤
按照系统配置图，首先组态 S7-1516 CPU 主机架，在主机架上配置点对点通信模块，并将该模块的协议设置为 “Modbus ”，如下图 2：



图 2：S7-1500 CPU 主机架点对点通信模块组态

然后激活 CPU 的“系统和时钟存贮器功能”，如下图 3 。（本例程中使用了CPU 首次扫描位来实现 Modbus 的初始化，使用 CPU 的时钟信号来控制发送频率，该方法供参考。）



图 3：激活 CPU 的系统和时钟存储器
然后组态 ET 200SP 分布式 IO 站，并在该分布式 IO 上组态点对点通信模块，并将该模块的通信协议设置为 “Modbus ”，如下图 4：


    图 4：选择通信协议
ET200 SP 分布式 IO 站点对点模块组态，至此硬件配置已完成。
（三）软件编写
S7-1500 实现 Modbus-RTU 功能，需要调用以下指令，见下表 3，其中“Modbus_Comm_Load ”指令用于通信模块的组态， “Modbus_Master ” 指令和“Modbus_Slave ” 指令分别实现 Modbus 主站通信和 Modbus 从站通信“Modbus_Comm_Load ”指令和 “Modbus_Master ”/ “ Modbus_Slave ”指令是通过 “Modbus_Comm_Load ”指令的 “MB_DB ”参数来实现关联的。
表 3. Modbus-RTU 相关指令



         在此，首先编写 Modbus 主站程序，添加一个新 FB ，将其命名为“ModbusMaster ”，如下图 5：



图 5：添加 Modbus-Master 功能块
在该 FB 中以多重背景方式调用 “Modbus_Comm_Load ”指令，该指令在指令目录下“通信 —〉通信处理器 —〉Modbus （RTU ）”下，如下图 6：


图 6 ：调用 “Modbus_Comm_Load ”

        在该 FB 中以多重背景方式调用 “Modbus_Master ”指令，该指令在指令目录下“通信—〉通信处理器—〉 Modbus （RTU ）”下，如下图 7：



图 7 ：调用 “Modbus_Master ”指令

         然后对 “ Modbus_Comm_Load ”指令进行参数化，由于该指令参数较多，在此只列出必须要关注的参数，如下表 4 所示，其它参数解释见手册或在线帮助。

         表 4. Modbus_Comm_Load 主要参数列表





         首先要为 “Modbus_Comm_Load ”指令指定端口，即该指令是针对哪个点对点模块进行参数化的。在硬件配置中，每个硬件均有一个硬件标识符，该硬件标识符在硬件属性中可以查看到，如下图 8：



图 8：在硬件属性中查看模块硬件标识符

同样，该硬件标识符也可以在 “PLC 变量 —〉显示所有变量 —〉系统变量”下可以查看到，如下图 9：



图 9 ：PLC 变量表中查看系统常量

         所以可以通过如图 10 所示方法，通过拖拽的方式，将 Modbus 主站接口的硬件标识符拖至 “Modbus_Comm_Load ”指令的 “Port”接口参数处，如下图 10：



图 10 ：为“ Modbus_Comm_Load ”指定端口

         接下来，定义端口的工作模式，本示例中，点对点模块的工作模式为 RS485 ，所以需要将 “Modbus_Comm_Load ”背景数据中静态变量的 “MODE ”参数赋值为 4，赋值既可以通过 “Move ”指令来完成，也可以通过直接修改该静态变量的默认值来实现，本实例使用后一种方法，参见下图 11：



图 11 ：定义 Modbus-RTU 主站端口工作模式为 RS485

         接下来，通过对 “Modbus_Comm_Load ”指令的 “MD_DB ”参数赋值，将 “Modbus_Comm_Load ”指令与 “Modbus_Master ”指令进行关联，即将 “Modbus_Master ”指令的背景 DB 块中静态变量 “MB_DB ”赋值给 “Modbus_Comm_Load ”指令的 “MD_DB ”，可以通过拖拽的方式来实现，拖拽路径如下图 12：



         图 12

对“ Modbus_Comm_Load ”指令的 “ MD_DB ”参数赋值除以上操作外，对于 “Modbus_Comm_Load ”指令的 “REQ ”参数，本实例使用 PLC 的首个扫描位来完成。其它参数如波特率，奇偶校验等，请根据实际使用情况对这些参数进行赋值，因本实例波特率为 9600bit/s ，无奇偶校验，所以以上参数使用缺省设置即可。接下来，对指令 “Modbus_Master ”进行参数设置，该指令主要参数如下表 5所示：

       表 5. Modbus_Master 主要参数列表





     表五
由于 Modbus 指令读取或写入的数据区必须为指针寻址，所以必须是有绝对地址的区域方可访问，而 S7-1500 创建的 DB 块缺省为优化的 DB 块，变量没有绝对地址，无法直接使用。本例中我们创建 DB 块，并在该 DB 块内创建一个名为 “M_Data ”的数组，类型为 WORD ，长度为 100 ，即创建了 100 个字的存储空间。然后在该 DB 块点右键，在属性中将“优化的块访问”前的勾去掉，重新编译该 DB 块，该 DB 块就会生成，可以看到每个变量都有偏移地址了，如下图 13：


图 13 ：创建一个标准 DB 块

         根据下表 6 所示的 Modbus 功能码，本实例需要 Modbus 主站读取 Modbus 从站保持寄存器从起始地址开始的 10 个字的内容到创建的 “Master_Data ”中，即 Modbus 功能码 03 的功能。





表6：Modbus 功能码的选择

    根据以上要求，则 “Modbus_Master ”指令应按如下赋值：

    “REQ ”：本实例使用 PLC 时钟信号来完成，即下图中的 M0.5 ；

    “MB_ADDR ”：2 // 访问的从站地址；

    “MODE ”：0；// 与“DATA_ADDR ”参数一起决定 Modbus 功能码为 03

    “DATA_ADDR ”:40001 // Modbus 地址

    “DATA_LEN ”：10 // 数据长度为 10 个字

    “DATA_PTR ”：该参数可以通过拖拽的方式，将创建的标准 DB 内的变量 “M_Data ”拖拽到 “DATA_PTR ”处，拖拽路径如下图 14：



图 14 ：为“ Modbus_Master ”指令进行参数赋值
接下来，编写 Modbus_RTU 从站程序，参照主站的程序，添加一个新 FB2“Modbus-Slave ”，在该 FB 中以多重背景方式调用“Modbus_Comm_Load ”指令，同样为该指令选择 ET 200SP 的硬件地址，其它通信参数如波特率、奇偶校验等与主站的“Modbus_Comm_Load ”指令相同，如下图 15 ：


图 15：在从站 FB 中调用 “Modbus_Comm_Load ”指令

       使用定义主站端口的工作模式相同的方法，将从站点对点模块的工作模式定义为RS485 ，所以需要将 “Modbus_Comm_Load ”背景数据中静态变量的 “MODE”参数赋值为 4，如下图 16：



图 16 ：定义 Modbus-RTU 从站端口工作模式为 RS485

       然后，以多重背景的方式调用从站指令 “ Modbus_Slave ”指令，并设置Modbus 从站地址为 2，并为从站创建一个标准的 DB 块“Slave Data ”，长度根据实际情况定，本例中在 “Slave Data ”中创建了一个长度为 200 字的数组，并将该变量以拖拽的形式（也可以通过指针 P# 的方式），将该变量填在“Modbus_Slave ”的“MB_HOLD_REG ”参数处，如下图 17：



图 17 ：调用 “Modbus_Slave ”指令
然后对 “ Modbus_Comm_Load ”指令的 “ MD_DB ”参数赋值，将 “Modbus_Comm_Load ”指令与 “Modbus_ Slave ”指令进行关联，即将 “Modbus_Slave ”指令的背景 DB 块中静态变量 “ MB_DB ”赋值给 “Modbus_Comm_Load ”指令的 “MD_DB ”，可以通过拖拽的方式来实现，拖拽路径如下图 18：


     图 18

     将“ Modbus_Slave ” 指令和 “Modbus_Comm_Load ”指令关联在 OB1 中分别调用 Modbus 主站程序块和 Modbus 从站程序块，并为其分配全局 DB 块，如下图 19：



图 19
在 OB1 中分别调用主站程序和从站程序至此，程序编写基本结束，建立 2 个变量监视表，分别用来监视 Modbus 主站数据和 Modbus 从站数据，将该例程下载到 PLC 后，可以看到通信模块对应的收发 LED 指示灯在闪烁，表示端口正在发送 / 接收数据。将 DB 块“Slave Data ”中的变量赋值，监视主站 “Master Data ”中的变量，可以看到主站已经读取到从站的数据，如下图 20：


     图 20： 使用变量监视表测试
主站侧已成功读取到从站数据Modbus 其它功能码使用方法类似，请参照表 6 修改相应的变量即可，此处不再一一举例。也可以根据此例程，举一反三，编写 Modbus-RTU 轮询程序。
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