西门子 S7-1200 系列十五:干货!实例手把手教你如何实现s7-1200(1500) Modbus TCP通讯及测试(上)

一	Modbus TCP简介

Modbus TCP是一种基于Modbus协议的通讯协议，用于实现工业自动化网络中的数据传输。Modbus TCP通讯协议将Modbus协议的消息帧封装在TCP/IP协议中，使其能够通过以太网进行传输。

Modbus TCP通讯协议的主要特点如下：

基于TCP/IP协议：Modbus TCP使用TCP协议作为其传输层协议，保证了数据传输的可靠性和稳定性。同时，Modbus TCP使用标准的以太网接口，使其能够方便地与现有的以太网网络集成。简单的数据帧结构：Modbus TCP的数据帧结构相对简单，包括事务标识符、协议标识符、长度、单元标识符、功能码、数据区和校验和等字段。这种简单的数据帧结构使得Modbus TCP协议易于实现和解析。支持多种数据类型：Modbus TCP支持多种数据类型，包括离散输入、线圈、输入寄存器和保持寄存器等。这些数据类型可以满足不同场景下的数据传输需求。支持多个从站设备：Modbus TCP协议支持多个从站设备，通过设置不同的单元标识符来区分不同的从站设备。这使得Modbus TCP协议能够方便地实现多从站设备的通讯。支持广播通讯：Modbus TCP协议支持广播通讯，即主站设备可以向所有的从站设备发送广播消息。这种广播通讯方式可以用于实现某些特定的应用场景，如同步时钟等。

二	Modbus TCP与Modbus RTU区别

Modbus TCP和Modbus RTU是两种不同的Modbus通信协议变种，它们在数据传输方式和应用场景上有所区别：

传输介质：

Modbus TCP：通常用于以太网通信，使用TCP/IP协议栈，适合于局域网和广域网环境。Modbus RTU：通常用于串行通信，如RS-232、RS-485等，适合于短距离通信。

数据帧结构：

Modbus TCP：数据帧包括事务标识符、协议标识符、长度、单元标识符、功能码、数据区和校验和等字段。数据帧较长，但由于基于TCP协议，不需要额外的错误检测和校验。Modbus RTU：数据帧包括地址、功能码、数据区和循环冗余校验（CRC）码。数据帧较短，且每个字节之间有固定的时间间隔，因此需要CRC来保证数据的完整性。

传输速度和效率：

Modbus TCP：由于使用以太网和TCP协议，传输速度较快，但数据封装较为复杂，可能会增加一些额外的开销。Modbus RTU：由于使用串行通信，传输速度较慢，但数据帧结构简单，传输效率较高。

错误检测和校验：

Modbus TCP：依赖于TCP协议的错误检测和校验机制，不需要额外的校验。Modbus RTU：使用CRC校验来检测数据传输过程中的错误。

地址编码：

Modbus TCP：使用单元标识符（通常是设备的IP地址）来寻址。Modbus RTU：使用设备地址（0x01到0xFF）来寻址。

应用场景：

Modbus TCP：适用于需要高速、可靠通信的网络环境，如工厂自动化、楼宇自动化等。Modbus RTU：适用于点对点或多点通信的简单环境，如远程监控和控制。

三	TIA Portal中Modbus TCP Server配置步骤

本期内容使用1台s7-1500与Modbus Poll仿真软件进行Modbus TCP通讯，s7-1500作为服务端(提供数据的一侧，可以理解为从站)

软件测试环境：

TIA Portal V17Modbus Poll V10.9.0(文末附下载链接)

硬件测试环境：

CPU 1515-2 PN

注：Modbus TCP需要使用真实PLC或 PLCsim advance仿真(不支持1200)进行测试，小编手头没有1200用1500替代，两种PLC配置及调试方式一致

MB_Server配置步骤如下：

打开TIA Portal项目，新建FC块,并将MB_SERVER功能块拖入程序中，需要为该块指定背景数据块；


image-20240605164523869
MB_SERVER指令参数如下：


参数	声明	数据类型	说明
DISCONNECT	Input	BOOL	“MB_SERVER”指令建立与一个伙伴模块的被动连接。服务器会响应在 CONNECT 参数的 SDT“TCON_IP_v4”中输入的 IP 地址的连接请求。 接受一个连接请求后，可以使用该参数进行控制：
MB_HOLD_REG	InOut	VARIANT	指向“MB_SERVER”指令中 Modbus 保持性寄存器的指针 MB_HOLD_REG 引用的存储区必须大于两个字节。 保持性寄存器中包含 Modbus 客户端通过 Modbus 功能 3（读取）、6（写入）、16（多次写入）和 23（在一个作业中读写）可访问的值。 作为保持性寄存器，可以使用具有优化访问权限的全局数据块，也可以使用位存储器的存储区。
CONNECT	InOut	VARIANT	指向连接描述结构的指针 可以使用下列结构 (SDT)： 对于 V4.2 以上指令版本的 MB_SERVER，TCP 的以下连接描述也可用：
NDR	Output	BOOL	“New Data Ready”：
DR	Output	BOOL	“Data Read”：
ERROR	Output	BOOL	如果在调用“MB_SERVER”指令过程中出错，则将 ERROR 参数的输出设置为“1”。有关错误原因的详细信息，将由 STATUS 参数指定。
STATUS	Output	WORD	指令的详细状态信息。




0：未读取数据

1：从 Modbus 客户端读取的数据

0：无新数据

1：从 Modbus 客户端写入的新数据

TCON_IP_V4_SEC（S7-1200 CPU 固件版本 V4.3 及以上版本，或 S7-1500 CPU 固件版本 V2.5 及以上版本）

TCON_QDN（S7-1200 CPU 固件版本 V4.4 及以上版本，或 S7-1500 CPU 固件版本 V2.5 及以上版本）

TCON_QDN_SEC（S7-1200 CPU 固件版本 V4.4 及以上版本，或 S7-1500 CPU 固件版本 V2.5 及以上版本）

TCON_IP_v4：包括建立指定连接时所需的所有地址参数。默认地址为 0.0.0.0（任何 IP 地址），但也可输入具体 IP 地址，以便服务器仅响应来自该地址的请求。使用 TCON_IP_v4 时，可通过调用指令“MB_SERVER”建立连接。

TCON_Configured：包括所组态连接的地址参数。使用 TCON_Configured 时，会在下载硬件配置后由 CPU 建立连接。

0：在无通信连接时建立被动连接。

1：终止连接初始化。如果已置位该输入，那么不会执行其它操作。成功终止连接后，STATUS 参数将输出值 0003。


为MB_Server配置参数，注意CONNECT参数需要使用“TCON_IP_v4”类型数据；(按照小编习惯，通常先不管参数意义是什么，现在DB块中将接口参数建好，保证程序可以下载)


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为MB_SERVER指定保持寄存器数据区域，以指针的形式体现，建议使用非优化DB块；


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MB_SERVER配置完成，可对程序进行下载；由于CONNECT参数需要设置，因此MB_SERVER会产生错误代码；


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对CONNECT参数进行配置，CONNECT参数说明，及配置说明如下：


字节	参数	数据类型	起始值	说明
0 … 1	InterfaceID	HW_ANY	-	本地接口的硬件标识符
2 … 3	ID	CONN_OUC	-	引用该连接（取值范围：1 到 4095）。 该参数将唯一确定 CPU 中的连接。指令“MB_SERVER”的每个实例必须使用唯一的 ID。该 ID 还不得被不同通信类型的其他指令同时使用。 注：对于固件版本为 V2.9 或更高版本的 S7-1500 CPU 和固件版本为 V4.5 或更高版本的 S7-1200 CPU，ID 也可能由指令“TCONSettings”提供。
4	ConnectionType	BYTE	11	连接类型 对于 TCP，选择 11（十进制）。不允许使用其它连接类型。如果使用了其它连接类型（如 UDP），该指令的 STATUS 参数将输出相应的错误消息。
5	ActiveEstablished	BOOL	FALSE	建立连接的方式所对应的 ID 对于被动连接建立，应选择 FALSE。
6 … 9	RemoteAddress	ARRAY [1..4] of BYTE	0.0.0.0	连接伙伴的 IP 地址，例如，192.168.0.1： 如果指令“MB_SERVER”要接受来自任何连接伙伴的连接请求，应将“0.0.0.0”用作 IP 地址。
10 … 11	RemotePort	UINT	0	远程连接伙伴的端口号（取值范围：1 - 49151）。 如果指令“MB_SERVER”要接受来自远程伙伴任何端口的连接请求，应将“0”用作端口号。
12 … 13	LocalPort	UINT	502	本地连接伙伴的端口号（取值范围：1 - 49151）。 此 IP 端口号定义 Modbus 客户端连接请求中要监视的 IP 端口。 默认值为 502。


注：InterfaceID,ID，ConnectionType，LocalPort参数必须设置，其它可以保持默认。

interfaceID通过硬件组态查看：


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配置完成如下：


image-20240605172232237


addr[1] = 192

addr[2] = 168

addr[3] = 0

addr[4] = 1


打开Mobdu Pol，设置连接参数，建立通讯连接


image-20240605172409611
新建一个Modbus测试窗口（默认10个数据，功能码03）


image-20240605172502851
监控数据如下：


image-20240605190610142
MB_SERVER配置完成；

四

总结

注意：由于Mobdus TCP内部封装了大量串口通讯的程序，通讯中断或端口变化，都会引起某些莫名奇妙的错误，所以请谨慎使用；更多MB_SERVER使用下期分享

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六

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