產(chǎn)品詳情
湖南 西門子 6ES7331-1KF02-0AB0 型號及規(guī)格
Modbus TCP通信概述
MODBUS/TCP是簡單的、中立廠商的用于管理和控制自動化設(shè)備的MODBUS系列通訊協(xié)議的派生產(chǎn)品，顯而易見，它覆蓋了使用TCP/IP協(xié)議的“Intranet”和“Internet”環(huán)境中MODBUS報(bào)文的用途。協(xié)議的最通用用途是為諸如PLC’s，I/O模塊，以及連接其它簡單域總線或I/O模塊的網(wǎng)關(guān)服務(wù)的。
MODBUS/TCP 使MODBUS_RTU協(xié)議運(yùn)行于以太網(wǎng)，MODBUS TCP使用TCP/IP和以太網(wǎng)在站點(diǎn)間傳送MODBUS報(bào)文，MODBUS TCP結(jié)合了以太網(wǎng)物理網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP以及以MODBUS作為應(yīng)用協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)表示方法。MODBUS TCP通信報(bào)文被封裝于以太網(wǎng)TCP/IP數(shù)據(jù)包中。與傳統(tǒng)的串口方式，MODBUS TCP插入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS報(bào)文到TCP報(bào)文中，不再帶有數(shù)據(jù)校驗(yàn)和地址。
1. 通訊所使用的以太網(wǎng)參考模型
Modbus TCP傳輸過程中使用了TCP/IP以太網(wǎng)參考模型的5層：
第一層：物理層，提供設(shè)備物理接口，與市售介質(zhì)/網(wǎng)絡(luò)適配器相兼容
第二層：數(shù)據(jù)鏈路層，格式化信號到源/目硬件址數(shù)據(jù)幀
第三層：網(wǎng)絡(luò)層，實(shí)現(xiàn)帶有32位IP址IP報(bào)文包
第四層：傳輸層，實(shí)現(xiàn)可靠性連接、傳輸、查錯(cuò)、重發(fā)、端口服務(wù)、傳輸調(diào)度
第五層：應(yīng)用層，Modbus協(xié)議報(bào)文
2. Modbus TCP數(shù)據(jù)幀
Modbus數(shù)據(jù)在TCP/IP以太網(wǎng)上傳輸，支持Ethernet II和802.3兩種幀格式，Modbus TCP數(shù)據(jù)幀包含報(bào)文頭、功能代碼和數(shù)據(jù)3部分，MBAP報(bào)文頭(MBAP、Modbus Application Protocol、Modbus應(yīng)用協(xié)議)分4個(gè)域，共7個(gè)字節(jié)，如圖1所示：
圖1： MODBUS TCP報(bào)文
由于使用以太網(wǎng)TCP/IP數(shù)據(jù)鏈路層的校驗(yàn)機(jī)制而保證了數(shù)據(jù)的完整性，MODBUS TCP 報(bào)文中不再帶有數(shù)據(jù)校驗(yàn)”CHECKSUM”，原有報(bào)文中的“ADDRESS”也被“UNIT ID”替代而加在MODBUS應(yīng)用協(xié)議報(bào)文頭中。
3. Modbus TCP使用的通訊資源端口號
在Modbus服務(wù)器中按缺省協(xié)議使用Port 502 通信端口，在Modbus客戶器程序中設(shè)置任意通信端口，為避免與其他通訊協(xié)議的沖突一般建議2000開始可以使用。
4. Modbus TCP使用的功能代碼
按照使用的通途區(qū)分，共有3種類型分別為：
1) 公共功能代碼：已定義好功能碼，保證其唯一性，由Modbus.org認(rèn)可；
2) 用戶自定義功能代碼有兩組，分別為65～72和100～110，無需認(rèn)可，但不保證代碼使用唯一性,如變?yōu)楣泊a，需交RFC認(rèn)可；
3) 保留功能代碼，由某些公司使用某些傳統(tǒng)設(shè)備代碼，不可作為公共用途。
按照應(yīng)用深淺，可分為3個(gè)類別：
1) 類別0，客戶機(jī)/服務(wù)器最小可用子集：讀多個(gè)保持寄存器(fc.3)；寫多個(gè)保持寄存器(fc.16)。
2) 類別1，可實(shí)現(xiàn)基本互易操作常用代碼：讀線圈(fc.1)；讀開關(guān)量輸入(fc.2)；讀輸入寄存器(fc.4)；寫線圈(fc.5)；寫單一寄存器(fc.6)。
3) 類別2，用于人機(jī)界面、監(jiān)控系統(tǒng)例行操作和數(shù)據(jù)傳送功能：強(qiáng)制多個(gè)線圈(fc.15)；讀通用寄存器(fc.20)；寫通用寄存器(fc.21)；屏蔽寫寄存器(fc.22)；讀寫寄存器(fc.23)。
5. Modbus TCP通訊應(yīng)用舉例
在讀寄存器的過程中，以Modbus TCP請求報(bào)文為例,具體的數(shù)據(jù)傳輸過程如下：
1) Modbus TCP客戶端實(shí)況，用Connect()命令建立目標(biāo)設(shè)備TCP 502端口連接數(shù)據(jù)通信過程；
2) 準(zhǔn)備Modbus報(bào)文，包括7個(gè)字節(jié)MBAP內(nèi)請求；
3) 使用send()命令發(fā)送；
4) 同一連接等待應(yīng)答；
5) 同recv()讀報(bào)文，完成一次數(shù)據(jù)交換過程；
6) 當(dāng)通信任務(wù)結(jié)束時(shí)，關(guān)閉TCP連接，使服務(wù)器可以為其他服務(wù)。
S7-300/400 的CPx43-1 MODBUS TCP 通訊(STEP7)
下面章節(jié)將介紹如何使用軟件選項(xiàng)包” ModbusTCP CP V4.3 "的功能塊庫配置S7-300/400單站系統(tǒng)通過CP343-1/CP443-1與第三方模擬軟件進(jìn)行Modbus/TCP進(jìn)行通訊的詳細(xì)步驟
1.“ ModbusTCP CP V4.3”塊庫使用說明
1) 該功能塊庫可以用于S7-300單站通過CP343-1或S7-400單站通過CP443-1進(jìn)行ModbusTCP通訊。
2) 由于需要在SIMATIC站與其他通訊伙伴之間建立TCP連接用于Modbus通訊，因此需要調(diào)用SIMATIC S7標(biāo)準(zhǔn)功能塊，對于S7-300/400的CP來說，需要調(diào)用FC5(AG_SEND)，FC6(AG_RECV)功能塊。
3) 對于主要功能塊FB106、107和108來說，包含了V1.x和V2.x，它們管腳參數(shù)并沒有更改，只是在V2.x中增加了FC10”AG_CNTRL”功能塊用于管理TCP連接，是否支持功能塊與CP的型號和固件版本有關(guān)，如下圖1所示：
圖1 功能塊V1.x和V2.x版本區(qū)別
當(dāng)將軟件選項(xiàng)包安裝完集成到Step7時(shí)，可以在Step7安裝文件的相應(yīng)目錄中找到塊庫、例程、英文手冊，另外還可找到用CFC語言編程的功能快庫，供讀者選用，如下圖2~4所示，在實(shí)際的項(xiàng)目調(diào)試過程中由于例子程序的各項(xiàng)功能比較完善，因此可以直接使用例子程序根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況修改相應(yīng)的參數(shù)即可，可以節(jié)省大量的參數(shù)設(shè)置時(shí)間，以下主要描述了使用軟件選項(xiàng)包” ModbusTCP CP V4.3 "配置S7-300/400站的詳細(xì)配置和編程步驟。
圖2 塊庫、例程、英文手冊和軟件注冊的文件夾位置
圖3 例程(注:當(dāng)找不到例程時(shí)可以通過”Browse..”按鈕來進(jìn)行查找)
圖4 功能塊庫(注:當(dāng)找不到塊庫時(shí)可以通過”Browse..”按鈕來進(jìn)行查找)
2. 配置S7-400單站系統(tǒng)通過CP443-1 作為Server進(jìn)行Modbus TCP通訊
以S7-400單站系統(tǒng)及Modscan32軟件為例，詳細(xì)介紹如何將S7-400單站系統(tǒng)通過CP443-1配置為Server，Modscan32為Client進(jìn)行Modbus TCP通訊，在本例中將使用帶FC10”AG_CNTRL”版本的功能塊，下圖5為服務(wù)器功能塊庫的程序結(jié)構(gòu)及各功能塊完成的功能：
圖5 服務(wù)器功能塊庫程序結(jié)構(gòu)
注意：Modscan32軟件可以從網(wǎng)上免費(fèi)下載得到，本例中使用的版本為V7.0版，由于各版本的功能不盡相同，因此需要注意版本問題。
2.1 例子中使用的硬件設(shè)備及軟件
本例中所用的硬件設(shè)備如下表：
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名稱 |
數(shù)量 |
訂貨號 |
|
S7-400電源模塊PS 407 10A |
1 |
6ES7407-0KA01-0AA0 |
|
S7-400 CPU414-3PN/DP |
1 |
6ES7414-3EM05-0AB0(V5.2) |
|
S7-400 CP443-1 |
1 |
6GK7443-1EX41-0XE0(V1.0) |
|
S7-400 機(jī)架 |
1 |
6ES7400-1JA00-0AA0 |
|
網(wǎng)線 |
若干 |
|
|
筆記本電腦 |
1 |
|
表1 服務(wù)器硬件清單
所用到軟件如下表：
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名稱 |
訂貨號 |
|
STEP7 V5.5 組態(tài)編程軟件 英文版 |
|
|
“ ModbusTCP CP V4.3” 軟件選項(xiàng)包 |
2XV9450-1MB00 |
|
Modscan32 V7.0 |
|
表2 服務(wù)器軟件清單
2.2 S7-400系統(tǒng)及Modscan32軟件組態(tài)
打開Step7軟件，新建一個(gè)工程項(xiàng)目文件，命名為“M_TCP_CP_V43(Server)”， 在項(xiàng)目下插入一個(gè)S7-400站，如下圖6所示：
圖6 新建S7-400 Station
雙擊插入的SIMATIC 400 Station的“Hardware”，打開硬件組態(tài)，在硬件組態(tài)界面下分別插入機(jī)架，電源PS407、CPU414-3PN/DP、CP443-1,本例中將CP的IP地址設(shè)為192.168.70.2，如下圖7所示：
圖7 硬件組態(tài)并設(shè)置CP443-1的IP地址
打開Netpro網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，選中CPU414-3PN/DP，插入一個(gè)新連接，連接伙伴為Unspecified，連接類型為TCP Connection，如下圖8所示：
圖8 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)-新建TCP connection
打開連接屬性對話框中的“General Inbation”，由于CP443-1做Server被動連接，因此不勾選“Active connection estabishment”選項(xiàng)，ID保持缺省即可，在“Address”欄中同樣由于CP443-1做Server，因此填入連接的Port號設(shè)置為502，組態(tài)完成后，編譯保存，將例程站點(diǎn)“SIMATIC 400(Server)”中的程序（System data不需要拷貝）拷貝到該項(xiàng)目中并下載（注意：OB100中調(diào)用的FB108的id和laddr需根據(jù)組態(tài)確認(rèn)）。對于通訊伙伴Remote的IP地址可以不填，即允許任意IP地址的客戶端發(fā)起連接，如下圖9所示：
圖9 S7-400為服務(wù)器的TCP connection參數(shù)設(shè)置
對于服務(wù)器和客戶端的端口號(下述中以Port代替)的選擇需要注意以下幾點(diǎn):
1)一般情況下服務(wù)器端的Port號modbus TCP規(guī)范缺省為502，客戶端的Port號設(shè)置為客戶端允許的號即可，另外各廠商產(chǎn)品也有一些限制，對于SIMATIC產(chǎn)品一般從2000之后開始。
2）對于一個(gè)系統(tǒng)來說，當(dāng)創(chuàng)建多個(gè)TCP連接時(shí)，要保證IP地址和Port號不重合，即同一個(gè)IP地址下創(chuàng)建多個(gè)TCP連接時(shí)Port號必須不同，而不同的系統(tǒng)因IP地址不同可以使用相同的Port號，例如本例中如果需要?jiǎng)?chuàng)建多個(gè)TCP連接作為Server時(shí)因只有一個(gè)IP，因此Port號必須不同。
2.3 通訊測試
由于“ ModbusTCP CP V4.3”選項(xiàng)包支持功能碼FC1，2，3，4，5，6，15，16，不同的功能碼測試過程中類似，因此下面以FC03(讀寫保持寄存器)為例來說明通訊測試的整個(gè)過程，對于其他功能碼的測試將不再重復(fù)描述，對于Modbus的數(shù)據(jù)類型可參考下表3：
表3 Modbus數(shù)據(jù)類型
由于服務(wù)器主功能塊FB108“MODBUSCP”的參數(shù)需要初始化，因此分別在OB100及OB1中調(diào)用FB108，在OB100中調(diào)用FB108完成相關(guān)參數(shù)的初始化，FB108的管腳分分布如下圖10所示：
注意：在圖10中已經(jīng)填寫的參數(shù)不需要初始化，在OB1調(diào)用賦值；而未填寫的參數(shù)需要初始化，在OB100中調(diào)用完成。
打開Modscan32軟件，在“Connection--->connect”中打開連接屬性對話框，連接接口選擇“Remote TCP/IP Server”，IP Address分別填入CPU的IP地址
192.168.70.2，Service為遠(yuǎn)程服務(wù)器的端口502，在協(xié)議的選擇對話框中可以定義傳輸模式、通訊超時(shí)響應(yīng)時(shí)間，報(bào)文發(fā)送間隔及允許寫多個(gè)保
持寄存器等，這里分別保持缺省設(shè)置即可，如下圖11所示：
圖18:對應(yīng)TCP通訊的Modscan32連接窗口
下載網(wǎng)絡(luò)組態(tài)及程序到CPU中，使能參數(shù)ENQ_ENR=1，在 Modscan32的“Set up->Data Definition”中設(shè)置數(shù)據(jù)掃描周期、寄存器連接類型、起始地址、長度等，如下圖11所示：
圖11 Modscan32中Modbus數(shù)據(jù)參數(shù)定義
之后在ModScan32中就可以建立和遠(yuǎn)程CP443-1 Server的連接了，在Netpro中可以看到連接已經(jīng)建立起來，如下圖12所示：
圖12 Modscan32激活與S7-400的連接
由于Modbus的內(nèi)部地址編排時(shí)基于數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層有一定的映射關(guān)系，因此Modbus的地址與SIMATIC中的DB塊的地址時(shí)按照一定的地址映射關(guān)系來相對應(yīng)，這樣造成了DB塊中有一定的地址偏移量，在本例中假設(shè)數(shù)據(jù)區(qū)的定義如下圖21所示，其DB偏移量、Modbus物理編址、應(yīng)用層編址如下圖13所示：
圖13本例中的數(shù)據(jù)區(qū)定義
圖14 DB偏移量、Modbus物理編址、應(yīng)用層編址對應(yīng)關(guān)系
在Step7的項(xiàng)目程序中新建一個(gè)變量監(jiān)控表，插入需要監(jiān)控的參數(shù)和數(shù)據(jù)區(qū)變量，可以看到ModScan32軟件與CP443-1的數(shù)據(jù)通訊已經(jīng)建立起來了，雙方可以進(jìn)行正常的保持寄存器數(shù)據(jù)讀寫操作，如下圖15所示：
圖15 通訊連接建立
3. 配置S7-400單站系統(tǒng)作為Client進(jìn)行Modbus TCP通訊
下面以S7-400單站系統(tǒng)及ModSim32軟件為例，詳細(xì)介紹如何將S7-400單站系統(tǒng)配置為Client，ModSim32為Server進(jìn)行Modbus TCP通訊，在本例中同樣使用FC10“AG_CNTRL”版本的功能塊，由于客戶端和服務(wù)器模式均使用相同的功能塊，因此客戶端功能塊庫的程序結(jié)構(gòu)及各功能塊完成的功能可以參考圖5。
3.1 例子中使用的硬件設(shè)備及軟件
本例中所用的硬件設(shè)備如下表：
|
名稱 |
數(shù)量 |
訂貨號 |
|
S7-400電源模塊PS 407 10A |
1 |
6ES7407-0KA01-0AA0 |
|
S7-400 CPU414-3PN/DP |
1 |
6ES7414-3EM05-0AB0(V5.2) |
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S7-400 CP443-1 |
1 |
6GK7443-1EX41-0XE0(V1.0) |
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S7-400 機(jī)架 |
1 |
6ES7400-1JA00-0AA0 |
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網(wǎng)線 |
若干 |
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筆記本電腦 |
1 |
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表4 客戶端硬件清單
所用到軟件如下表：
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名稱 |
訂貨號 |
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STEP7 V5.5 組態(tài)編程軟件 英文版 |
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“ ModbusTCP CP V4.3” 軟件選項(xiàng)包 |
2XV9450-1MB00 |
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ModSim32 免授權(quán)版本 |
可從網(wǎng)上免費(fèi)獲取 |
表5 客戶端軟件清單
3.2 S7-400單站系統(tǒng)與ModSim32軟件組態(tài)
打開Step7軟件，新建一個(gè)工程項(xiàng)目文件，命名為“M_TCP_CP_V43(Client)”, 在項(xiàng)目下插入一個(gè)S7-400站，如下圖16所示：
圖16 新建S7-400 Station
雙擊插入的SIMATIC 400 Station的“Hardware”，打開硬件組態(tài)，在硬件組態(tài)界面下分別插入機(jī)架，電源PS407、CPU414-3PN/DP、CP443-1,本例中將CP的IP地址設(shè)為192.168.70.2，如下圖17所示：
圖17 硬件組態(tài)并設(shè)置CP443-1的IP地址
打開Netpro網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，選中CPU414-3PN/DP，插入一個(gè)新連接，連接伙伴為Unspecified，連接類型為TCP Connection，如下圖18所示：
圖18 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)-新建TCP connection
打開連接屬性對話框中的“General Inbation”，由于CP443-1做Client主動發(fā)起連接，因此需要勾選“Active connection estabishment”選項(xiàng)，ID保持缺省即可，在“Address”欄中同樣由于CP443-1做Client，對于本地的端口號設(shè)置為2000(一般從2000以外開始以避免與別的協(xié)議資源沖突)，對于通訊伙伴Remote的IP地址設(shè)置為測試PC機(jī)的IP 地址，本例中 PC機(jī)的IP設(shè)置為192.168.70.245，而Port號設(shè)置為502，如下圖19所示：
圖19 S7-400為客戶端的TCP connection參數(shù)設(shè)置
組態(tài)完成后，編譯保存，將例程站點(diǎn)“SIMATIC 400(Client)”中的程序（System data不需要拷貝）拷貝到該項(xiàng)目中并下載（注意：OB100中調(diào)用的FB108的id和laddr需根據(jù)組態(tài)確認(rèn)）。
關(guān)于服務(wù)器和端口號的設(shè)置請參考本文中2.2章節(jié)說明。
3.3 通訊測試
由于“ModbusTCP CP V4.3”選項(xiàng)包支持功能碼FC1，2，3，4，5，6，15，16，不同的功能碼測試過程中類似，因此下面同樣以FC03(讀寫保持寄存器)為例來說明通訊測試的整個(gè)過程，對于其他功能碼的測試將不再重復(fù)描述。
需要說明的是由于客戶端功能塊需要定義具體的功能碼，而主功能塊FB108 “MODBUSCP”并沒有直接的管腳來定義功能碼，而是由其中的兩個(gè)參數(shù)“DATA_TYPE”和“single-write”共同決定(參見后面的管腳參數(shù)說明)，詳細(xì)情況如下圖20所示：
圖20 S7-400單站系統(tǒng)做客戶端時(shí)不同的功能碼的參數(shù)定義
由于客戶端和服務(wù)器均使用相同的功能塊FB108“MODBUSCP ”的參數(shù)需要初始化，因此分別在OB100及OB1中調(diào)用FB108，在OB100中調(diào)用FB108完成相關(guān)參數(shù)的初始化，FB108的管腳分布參見3.3章節(jié)中的圖10說明。
打開ModSim32軟件，在“Connection--->connect”中打開連接屬性對話框，連接接口選擇“Modbus/TCP svr”，TCP/IP Server Port為本地服務(wù)器的端口502，如下圖21所示：
圖21 ModSim32中設(shè)置端口號
下載硬件組態(tài)及程序到CPU中，給參數(shù)ENQ_ENR發(fā)送脈沖信號；在打開的ModSim32軟件窗口設(shè)置寄存器連接類型、起始地址、長度等，如下圖22所示：
圖22 ModSim32中Modbus數(shù)據(jù)參數(shù)定義
關(guān)于SIMATIC中DB偏移量、Modbus物理編址、應(yīng)用層編址對應(yīng)關(guān)系請參考本文中2.3章節(jié)圖14的說明
之后在CP443-1 Client就可以建立和遠(yuǎn)程ModSim32 Server的連接了，在Netpro中可以看到連接已經(jīng)建立起來，如下圖23所示：
圖23 Modscan32激活與S7-400的連接
在Step7的項(xiàng)目程序中新建一個(gè)變量監(jiān)控表，插入需要監(jiān)控的參數(shù)和數(shù)據(jù)區(qū)變量，可以看到ModSim32軟件與S7-400的數(shù)據(jù)通訊已經(jīng)建立起來了，雙方可以進(jìn)行正常的保持寄存器數(shù)據(jù)讀寫操作，如下圖24所示：
圖24 S7-400單站系統(tǒng)作為客戶端與ModSim32軟件通訊
4. “ ModbusTCP CP V4.3” 選項(xiàng)包通訊使用總結(jié)及相關(guān)注意事項(xiàng)
由于是通過PC測試軟件模擬第三方設(shè)備與SIMATIC CPU的集成PN口進(jìn)行Modbus TCP通訊，因此在實(shí)際的第三方設(shè)備與CPU的集成PN口進(jìn)行通訊時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：
1) 由于訂貨號2XV9450-1MB02程序中會占用CPU 較大的裝載和工作存儲區(qū)，因此對于性能比較低特別是S7-300的低端CPU進(jìn)行通訊時(shí)必須考慮一定的富余量。
2) 對于SIMATIC S7，參數(shù)DB_x的數(shù)據(jù)區(qū)建議使用不同的DB 塊，使用同一個(gè)DB的不同地址區(qū)會造成地址編排混亂，另外參數(shù)Start_x與END_x 參數(shù)不能出現(xiàn)地址疊加情況。
3) 第三方設(shè)備的數(shù)據(jù)區(qū)與SIMATIC S7的數(shù)據(jù)DB塊的地址對應(yīng)關(guān)系可以先按照第三方的數(shù)據(jù)區(qū)域Modbus地址的偏移關(guān)系之后計(jì)算相應(yīng)的偏移量。
4)建議使用項(xiàng)目中的樣例程序，只須修改連接ID，定義通訊雙方的IP地址、端口號及相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲區(qū)等，能減少編程量，只須把樣例程序放到一個(gè)單獨(dú)的FC塊中即可，樣例程序中定義了足夠的數(shù)據(jù)區(qū)，連接成功及錯(cuò)誤次數(shù)指示等。
5) Modbus TCP每一包的數(shù)據(jù)最多只能發(fā)送125個(gè)寄存器或2000個(gè)比特位，超過該范圍必須進(jìn)行分包處理。
6) S7-300/400作為Client能與多少個(gè)Server建立通訊或者作為Server時(shí)能與多少個(gè)Client通訊取決于產(chǎn)品所支持的TCP連接數(shù)，Modbus/TCP協(xié)議并沒有對此進(jìn)行約束和限制。
5 .“ModbusTCP CP V4.3” 軟件包授權(quán)
未經(jīng)授權(quán)的Modbus TCP軟件可用于測試和學(xué)習(xí)，不允許用于商業(yè)行為；未經(jīng)授權(quán)的軟件測試時(shí)CPU 的INTF指示燈紅色閃爍，并在CPU故障緩沖區(qū)生成錯(cuò)誤信息；同時(shí)，Modbus TCP功能塊報(bào)錯(cuò)，如圖25、26所示：
圖25 CPU診斷緩沖區(qū)報(bào)錯(cuò)
圖26 Modbus TCP功能塊報(bào)錯(cuò)A090
每個(gè)CPU都需要對功能塊MODBUSCP進(jìn)行授權(quán)。授權(quán)有兩個(gè)步驟：讀取IDENT_CODE和申請注冊碼REG_KEY。且在CPU中必須調(diào)用OB121。
5.1讀取IDENT_CODE
1、下載程序并將CPU切換到RUN模式；
2、打開MODBUSCP（FB108）的背景塊DB108，確認(rèn)IDENT_CODE的偏移地址為108；如圖27所示：
圖27 確認(rèn)IDENT_CODE的偏移地址
3、打開變量監(jiān)視表，輸入DB108.DBB108開始的20個(gè)字節(jié)，偏移地址110開始的18個(gè)字符即為IDENT_CODE，監(jiān)控如圖28所示：
圖28 確認(rèn)IDENT_CODE
4、按上圖方式，獲取IDENT_CODE和軟件包裝上的License-No，并按照章節(jié)5.2和5.3所描述步驟申請注冊碼。
5.2 通過撥打西門子授權(quán)服務(wù)中心申請注冊碼REG_KEY
授權(quán)中心聯(lián)系方式：010-64757575
通過西門子授權(quán)服務(wù)中心申請注冊碼時(shí)，需要您提供所購買的軟件訂貨號、IDENT_CODE和軟件包裝上的License-No ，如圖28所示。
5.3 通過網(wǎng)站申請注冊碼REG_KEY
1、通過西門子技術(shù)支持網(wǎng)站申請，打開如下網(wǎng)址，點(diǎn)擊“技術(shù)問題提交”：
http://support.automation.siemens.com/CN/llisapi.dll?func=cslib.csinfo2&aktprim=99&lang=zh
圖29 技術(shù)支持網(wǎng)站
2、請按如下示例的步驟進(jìn)行操作（注意：由于步驟3搜索出來的參考信息無法解決授權(quán)問題，請直接點(diǎn)擊“繼續(xù)”進(jìn)入步驟4），如圖30~34所示。
圖30 步驟1
圖31 步驟2
圖32 步驟4
圖33 步驟5
圖34 步驟6
5.4 使用注冊碼REG_KEY
1、西門子授權(quán)中心收到技術(shù)支持申請后，將會盡快給您回復(fù)郵件；
2、當(dāng)獲取到注冊碼后，在項(xiàng)目中打開LICENSE_DB（DB3）；
3、通過菜單“View--->Data View”將DB塊切換到數(shù)據(jù)視圖模式，將獲取的17位注冊碼填寫到“Actual value”中，如圖35所示。
圖35 輸入注冊碼
4、將LICENSE_DB（DB3）下載到CPU中，CPU的INTF指示燈熄滅；并可通過查看MODBUSPN（FB102）的輸出引腳LICENSED為true且不再報(bào)A090錯(cuò)誤代碼，確認(rèn)注冊碼激活成功，如圖36所示。
圖36 注冊碼激活成功
6. CP進(jìn)行Modbus TCP通訊FB輸出常見故障代碼及處理
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STATUS(Hex) |
故障原因 |
處理措施 |
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FB MODBUS故障 |
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A002 |
Modbus起始地址Start_x錯(cuò)誤 |
由通訊伙伴確認(rèn)起始地址 |
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A003 |
Modbus地址映射的DB塊的數(shù)據(jù)區(qū)長度太短，最低長度: -寄存器: (START_ADDRESS – start_x + LENGTH) * 2 -位 (START_ADDRESS – start_x + LENGTH) / 8 其他可能的原因: ·參數(shù)初始化錯(cuò)誤(CP為Client時(shí)) ·客戶端請求報(bào)文時(shí)錯(cuò)誤的地址區(qū)域(CP為Server) |
擴(kuò)展DB區(qū)域 當(dāng)CP為Client時(shí),修改參數(shù)START-ADDRESS或者LENGTH 當(dāng)CP為Server時(shí),修改客戶端的請求 |
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A004 |
僅在CP為Client時(shí)才有此故障： 參數(shù)DATA_TYPE及WRITE_READ設(shè)置不匹配，不可能對輸入寄存器或離散輸入進(jìn)行寫操作 |
修改此兩個(gè)參數(shù) |
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A005 |
CP為Client時(shí)： 參數(shù)LENGTH設(shè)置無效 CP為Server時(shí)： Client請求的寄存器號無效,合法的數(shù)據(jù)類型范圍如下: 讀線圈/離散輸入: 1 to 2000 寫線圈: 1 to 1968 讀寄存器: 1 to 125 寫保持寄存器: 1 to 123 |
CP為Client時(shí)： 修改參數(shù)LENGTH CP為Server時(shí)： 修改Client請求的數(shù)據(jù)類型范圍 |
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A006 |
CP為客戶端時(shí)： 數(shù)據(jù)區(qū)1-8中對應(yīng)的Modbus地址范圍(DATA_TYPE, START_ADDRESS和 LENGTH )不存在 CP為服務(wù)器時(shí)： 客戶端請求的報(bào)文不正確 |
CP為Client時(shí)： 修改參數(shù)DATA_TYPE,START_ADDRESS和 LENGTH CP為Server時(shí)： 修改Client 請求或修改數(shù)據(jù)類型data_type_x.
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A007 |
CP為Client時(shí)： 參數(shù)MONITOR監(jiān)控時(shí)間設(shè)置無效，值必須>20ms |
修改參數(shù)MONITOR |
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A008 |
接收監(jiān)控超時(shí),可能的原因： 對于MODBUSCP V2.x: 所有通過502端口的連接激將中斷并重新建立 對于MODBUSCP V1.x: 同步錯(cuò)誤，報(bào)文丟失 |
檢查通訊伙伴的參數(shù)設(shè)置，如單元標(biāo)識符等 |
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A009 |
當(dāng)CP為Client時(shí),接收標(biāo)識符TI與發(fā)送不一致, 連接將終止和重新建立 對于MODBUSCP V2.x: 所有通過502端口的連接激將中斷并重新建立 |
通過抓包工具來分析和修正通訊伙伴的報(bào)文
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A00A |
CP為Client時(shí)，接收參數(shù)UNIT 與發(fā)送的不一致，連接將終止和重新建立 對于MODBUSCP V2.x: 所有通過502端口的連接激將中斷并重新建立 |
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A00B |
CP為Client時(shí)： 接收與發(fā)送功能碼不一致 CP為Server時(shí)： 無效的功能碼被接收 對于MODBUSCP V2.x: 所有通過502端口的連接激將中斷并重新建立 對于MODBUSCP V1.x: 同步錯(cuò)誤，報(bào)文丟失 |
CP為Client時(shí)： 通過抓包工具來分析和修正通訊伙伴的數(shù)據(jù)報(bào)文格式 CP為Server時(shí)： 注意FB MODBUS僅支持功能碼FC1、2、3、4、5、6、15、16 |
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A00C |
接收到的字節(jié)長度與寄存器/位不匹配 CP為服務(wù)器時(shí)，CP將發(fā)一個(gè)響應(yīng)異常給客戶端 對于MODBUSCP V2.x: 所有通過502端口的連接激將中斷并重新建立 |
通過抓包工具來分析和修正通訊伙伴的報(bào)文
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A00D |
僅在CP 為Client 時(shí)發(fā)生: 響應(yīng)的MODBUS寄存器/位地址或長度與客戶端請求的不一致 |
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A00E |
MODBUS報(bào)文報(bào)頭的長度與寄存器/位 不匹配，FB將忽略 對于MODBUSCP V2.x: 所有通過502端口的連接激將中斷并重新建立 對于MODBUSCP V1.x: 同步錯(cuò)誤，報(bào)文丟失 |
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A00F |
非0的協(xié)議標(biāo)識符報(bào)文被接收 對于MODBUSCP V2.x: 所有通過502端口的連接激將中斷并重新建立 對于MODBUSCP V1.x: 同步錯(cuò)誤，報(bào)文丟失 |
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A010 |
數(shù)據(jù)區(qū)1-8 DB塊號重復(fù)使用 |
確保每個(gè)Db塊號只使用一次 |
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A011 |
DATA_TYPE參數(shù)設(shè)置(范圍為1-4) |
修改DATA_TYPE參數(shù) |
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A012 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_1和data_type_2設(shè)置重疊
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數(shù)據(jù)區(qū)不能有重疊的modbus地址區(qū)域 |
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A013 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_1和data_type_3設(shè)置重疊 |
修改此參數(shù) |
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A014 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_1和data_type_4設(shè)置重疊 |
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A015 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_1和data_type_5設(shè)置重疊 |
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A016 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_1和data_type_6設(shè)置重疊 |
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A017 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_1和data_type_7設(shè)置重疊 |
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A018 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_1和data_type_8設(shè)置重疊 |
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A019 |
當(dāng)參數(shù)data_type_x設(shè)置不為0時(shí)，db_x被賦值0 |
db_x不能為0 |
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A01A |
報(bào)頭中長度錯(cuò)誤： 范圍3-253字節(jié) 對于MODBUSCP V2.x: 所有通過502端口的連接激將中斷并重新建立 |
通過抓包工具來分析和修正通訊伙伴的報(bào)文
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A01B |
CP為Server及使用功能碼FC05時(shí): 接收的線圈值無效 CP將發(fā)送異常報(bào)文 |
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A01E |
CP接收到無法識別的數(shù)據(jù), 對于MODBUSCP V2.x: 所有通過502端口的連接激將中斷并重新建立 對于MODBUSCP V1.x: 同步錯(cuò)誤，報(bào)文丟失 |
分析錯(cuò)誤信息，通過抓包工具來分析和修正通訊伙伴的報(bào)文 |
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A01F |
功能塊FB MBBUSCP返回一個(gè)無效的狀態(tài) |
聯(lián)系產(chǎn)品供貨商 |
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A020 |
參數(shù)Check_conn_cycle設(shè)置<1s時(shí)，對于功能塊AG_CNTRL過短 |
當(dāng)為Client模式時(shí)，參數(shù)Check_conn_cycle=TRUE下Check_conn_cycle設(shè)置需要>1s； 當(dāng)為Server模式時(shí)，Check_conn_cycle設(shè)置需要>1s； |
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A023 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_2和data_type_3設(shè)置重疊
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數(shù)據(jù)區(qū)不能有重疊的modbus地址區(qū)域 |
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A024 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_2和data_type_4設(shè)置重疊 |
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A025 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_2和data_type_5設(shè)置重疊 |
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A026 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_2和data_type_6設(shè)置重疊 |
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A027 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_2和data_type_7設(shè)置重疊 |
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A028 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_2和data_type_8設(shè)置重疊 |
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A034 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_3和data_type_4設(shè)置重疊 |
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A035 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_3和data_type_5設(shè)置重疊 |
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A036 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_3和data_type_6設(shè)置重疊 |
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A037 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_3和data_type_7設(shè)置重疊 |
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A038 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_3和data_type_8設(shè)置重疊 |
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A045 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_4和data_type_5設(shè)置重疊 |
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A046 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_4和data_type_6設(shè)置重疊 |
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A047 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_4和data_type_7設(shè)置重疊 |
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A048 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_4和data_type_8設(shè)置重疊 |
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A056 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_5和data_type_6設(shè)置重疊 |
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A057 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_5和data_type_7設(shè)置重疊 |
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A058 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_5和data_type_8設(shè)置重疊 |
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A067 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_6和data_type_7設(shè)置重疊 |
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A068 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_6和data_type_8設(shè)置重疊 |
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A068 |
數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)data_type_7和data_type_8設(shè)置重疊 |
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A07A |
參數(shù)id設(shè)置無效：范圍1-64 |
修改參數(shù)id |
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A07C |
參數(shù)data_type_1設(shè)置無效：范圍0-4 |
修改參數(shù)data_type_x |
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A07D |
參數(shù)data_type_1未定義，data_type_1為缺省的使用數(shù)據(jù)區(qū)，需要定義 |
修改參數(shù)data_type_1 |
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A07E |
參數(shù)db_x值與背景DB中的值不一致 |
修改參數(shù)db_x |
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A080 |
在OB1和OB100調(diào)用FB MODBUS功能塊時(shí)使用了不同的背景DB |
需要使用相同的背景DB |
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A081 |
CP為Client且使用FC05功能碼時(shí): 接收的線圈狀態(tài)與發(fā)送不一致 |
通過抓包工具來分析和修正通訊伙伴的報(bào)文 |
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A082 |
CP為Client且使用FC06功能碼時(shí): 接收的寄存器值與發(fā)送不一致 |
通過抓包工具來分析和修正通訊伙伴的報(bào)文 |
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A083 |
僅在CP為Client時(shí):在上一個(gè)請求還沒有處理完成時(shí)又發(fā)送新的請求 |
等待DONE =TRUE 或 ERROR = TRUE后再發(fā)送新請求 |
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A085 |
在授權(quán)期間由于無效的寫權(quán)限導(dǎo)致發(fā)生錯(cuò)誤 |
對于授權(quán)DB，確認(rèn)參數(shù)REG_KEY的結(jié)構(gòu)是否正確 |
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A090 |
功能塊未授權(quán)，此為一狀態(tài)信息，參數(shù)ERROR并不會置1，功能塊在未授權(quán)情況仍然可以運(yùn)行而不影響通訊 |
針對CPU讀出預(yù)授權(quán)解碼，之后按照授權(quán)操作向IT4industry.部門索取授權(quán)碼 |
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A091 |
收到異常響應(yīng)碼1(僅在Client模式)，連接將終止和重新建立 |
通訊伙伴不支持請求的報(bào)文 |
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A092 |
收到異常響應(yīng)碼2(僅在Client模式)，無效的或不存在的地址請求 |
確認(rèn)參數(shù)LENGTH 或START_ADDRESS 是否正確 |
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A093 |
收到異常響應(yīng)碼3(僅在Client模式) |
通訊伙伴無法執(zhí)行報(bào)文接收(例如請求長度不支持等) |
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A094 |
收到異常響應(yīng)碼4(僅在Client模式) |
通訊伙伴無法執(zhí)行報(bào)文接收 |
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A095 |
收到未知的異常響應(yīng)碼(僅在Client模式) |
通過抓包工具來分析和修正通訊伙伴的報(bào)文 |
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FC/SFC故障 |
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7xxx |
請參考SIMATIC的在線幫助 |
通過在線幫助SIMATIC manager -> mark block -> key F1 –> Ethernet -> see also -> code buation可以查到相關(guān)幫助信息 |
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8xxx |
請參考SIMATIC的在線幫助 |
通過在線幫助SIMATIC manager -> mark block -> key F1 –> Ethernet -> see also -> code buation可以查到相關(guān)幫助信息 |
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SFC24故障 |
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80A1 |
DB=0或超出了CPU允許的范圍 |
選擇有效的DB |
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80B2 |
DB塊在CPU中不存在 |
DB_x參數(shù)中的DB塊必須創(chuàng)建并下載到CPU中 |
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80B3 |
DB塊被創(chuàng)建為“Unbed”類型 |
DB塊不能創(chuàng)建為“Unbed”類型 |
硬件列表
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設(shè)備名稱 |
設(shè)備型號 |
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PS 307 |
6ES7 307-1EA01-0AA0 |
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CPU 319-3PN/ DP |
6ES7 318-3EL00-0AB0 |
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MMC |
6ES7 953-8LG30-0AA0 |
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CP341 |
6ES7 341-1CH02-0AE0 |
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Dongle |
6ES7 870-1AB01-0YA0 |
應(yīng)用CP341進(jìn)行 MODBUS協(xié)議通信時(shí)需要有Dongle的支持。在使用之前先將Dongle安裝在CP341模塊的背面的Dongle插槽中，Dongle和插入Dongle前后的CP341如下圖所示。
圖1
組態(tài)和配置
1、打開軟件TIA PORTAL
圖2
STEP7 V13，點(diǎn)擊項(xiàng)目->新建...創(chuàng)建一新項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱為341_modbus_Master。
2、用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“添加新設(shè)備”，選擇SIMATIC S7-300->CPU->CPU 319-3PN/DP->6ES7 318-3EL00-0AB0。
圖3
3、雙擊“設(shè)備組態(tài)”進(jìn)入硬件組態(tài)界面，導(dǎo)軌RACK和CPU 319-3PN/DP已經(jīng)存在，只需要插入PS307和CP341。
圖4
4、雙擊CP341模板，進(jìn)入CP341的屬性框，配置CP341參數(shù)。
圖5
5、在“協(xié)議”選項(xiàng)中選擇“Modbus主站”。配置modbus通信參數(shù)，設(shè)定的通信參數(shù)要和通訊伙伴的相同。傳輸率（通信波特率）：9600bps，數(shù)據(jù)位：8位，停止位：1位，奇偶校驗(yàn)：無。
圖6
6、本示例選用的是RS422/485接口的CP341，還需要設(shè)置接口屬性，如下圖所示。
圖7
編寫通信程序
1、雙擊“添加新塊”，創(chuàng)建發(fā)送數(shù)據(jù)塊DB10和接收數(shù)據(jù)塊DB11，發(fā)送數(shù)據(jù)塊的名稱為Send，接收數(shù)據(jù)塊的名稱為Rev；如下圖所示，發(fā)送數(shù)據(jù)塊中新建幾個(gè)變量，從站地址為2，功能碼為3，起始地址為0，讀4個(gè)寄存器數(shù)據(jù)，具體功能碼3 的使用參見手冊“S7串行通信模板Modbus RTU主站可裝載驅(qū)動的操作說明” 6.3章節(jié)的說明；如下圖所示，接受數(shù)據(jù)塊中新建1個(gè)數(shù)據(jù)類型Array的變量，數(shù)組元素的數(shù)據(jù)類型為Byte，數(shù)量為400。
圖8
圖9
2、進(jìn)入主程序OB1，從通信->通信處理器->PtP鏈接：CP341，調(diào)用發(fā)送功能塊P_SND_RK和接收功能塊P_RCV_RK。P_SND_RK的背景數(shù)據(jù)塊為DB1，P_RCV_RK的背景數(shù)據(jù)塊為DB2。
圖10
CP341的發(fā)送功能塊P_SND_RK 的參數(shù)設(shè)置見下表。
|
管腳 |
解釋描述 |
|
SF |
‘S’為發(fā)送，此處必須為大寫的‘S’ |
|
LADDR |
硬件組態(tài)中的起始邏輯地址，本例中為256，見圖11。 |
|
REQ |
發(fā)送數(shù)據(jù)觸發(fā)位，上升沿觸發(fā)，本例中為M0.5，為時(shí)鐘存儲器的位，見圖12。 |
|
DB_NO |
發(fā)送數(shù)據(jù)塊號，本例中為10（DB10） |
|
DBB_NO |
發(fā)送數(shù)據(jù)的起始地址，本例中為0（DB10.DBB0） |
|
LEN |
發(fā)送數(shù)據(jù)的長度，本例中為6 |
|
R_TYP |
‘X’為擴(kuò)展的數(shù)據(jù)塊，此處必須為大寫的‘X’ |
|
R |
取消通訊，本例中不用 |
|
DONE |
發(fā)送完成位，發(fā)送完成后為TRUE，同時(shí)沒有錯(cuò)誤 |
|
ERROR |
錯(cuò)誤位，為TRUE說明有錯(cuò)誤 |
|
STATUS |
狀態(tài)字，標(biāo)識錯(cuò)誤代碼，查看Modbus Master手冊獲得相應(yīng)的說明 |
|
其它參數(shù) |
本例中不用 |
CP341的接收功能塊P_RCV_RK 的參數(shù)設(shè)置見下表。
|
管腳 |
解釋描述 |
|
LADDR |
硬件組態(tài)中的起始邏輯地址，本例中為256，見圖11。 |
|
DB_NO |
發(fā)送數(shù)據(jù)塊號，本例中為11（DB11）。 |
|
DBB_NO |
發(fā)送數(shù)據(jù)的起始地址，本例中為0（DB11.DBB0）。 |
|
LEN |
接收數(shù)據(jù)的長度，本例中為MW22，只顯示一個(gè)掃描周期，即：只有在接收到數(shù)據(jù)的當(dāng)前周期，此值不為0。 |
|
EN_R |
使能接收位，本例中為M20.0，常閉點(diǎn)， 始終保持接收狀態(tài)。 |
|
R |
取消通訊，本例中不用。 |
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NDR |
接收完成位，接收完成并沒有錯(cuò)誤為TRUE，只顯示一個(gè)掃描周期。 |
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ERROR |
錯(cuò)誤位，為TRUE說明有錯(cuò)誤，只顯示一個(gè)掃描周期。 |
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STATUS |
狀態(tài)字，標(biāo)識錯(cuò)誤代碼，只顯示一個(gè)掃描周期，查看Modbus Master手冊獲得相應(yīng)的說明。 |
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其它參數(shù) |
本例中不用 |
圖11
圖12
設(shè)備連接
本文檔使用的CP341的接口是RS232C，因此需要通過標(biāo)準(zhǔn)的RS232C電纜來連接CP341和計(jì)算機(jī)的串口.
具體的電纜連接方法請查看:串口接線
如果使用的CP341是RS485接口的模塊，需要使用RS232C/RS485轉(zhuǎn)換器（需要選購第三方設(shè)備）。
通信測試
前面使用 TIA Step7 軟件已經(jīng)將通信CP341的通信工作做完，下面進(jìn)行通信測試。這里使用串口通訊測試軟件ModSim32軟件來測試CP341和計(jì)算機(jī)的通信，步驟如下
1、雙擊ModSim32軟件圖標(biāo)，新建項(xiàng)目，點(diǎn)擊Port1，進(jìn)入端口1做設(shè)置，本例計(jì)算機(jī)只有一個(gè)端口，所以就對端口1做設(shè)置，如果計(jì)算機(jī)有多個(gè)端口，要注意所選端口。
圖13
2、進(jìn)入Port1設(shè)置界面，設(shè)置波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)等參數(shù)，要和CP341的參數(shù)相同。
圖14
3、點(diǎn)擊“OK”，選擇軟件的03功能碼界面，本例設(shè)置03功能碼的10個(gè)數(shù)據(jù)，其中前4個(gè)數(shù)據(jù)分別設(shè)置成1—4。
圖15
4、首先將硬件配置和程序下載到CPU319-3PN/DP中，時(shí)鐘脈沖信號M0.5從0跳變成1時(shí)，CP341將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
圖16
5、M20.0為常閉點(diǎn)，程序下載完成，CPU運(yùn)行后，就始終處于接收狀態(tài)。在STEP7中打開接收數(shù)據(jù)塊DB11監(jiān)控接收到的數(shù)據(jù)，可以看到發(fā)送的數(shù)據(jù)被正確的接收。
圖17
手冊下載
更詳細(xì)的資料請參看如下手冊：
湖南 西門子 6ES7331-1KF02-0AB0
