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Modbus RTU 主站指令庫(kù)

西門(mén)子在 Micro/WIN V4.0 SP5 中正式推出 Modbus RTU 主站協(xié)議庫(kù)（西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)指令）。

圖 1. 西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)指令庫(kù)（Micro/WIN V4.0 SP5）

注意

• 1. Modbus RTU 主站指令庫(kù)的功能是通過(guò)在用戶程序中調(diào)用預(yù)先編好的程序功能塊實(shí)現(xiàn)的，該庫(kù)對(duì) Port 0 和 Port 1 有效。該指令庫(kù)將設(shè)置通信口工作在自由口模式下。
• 2. Modbus RTU 主站指令庫(kù)使用了一些用戶中斷功能，編其他程序時(shí)不能在用戶程序中禁止中斷。
• 3. Modbus RTU 主站庫(kù)對(duì)CPU的版本有要求。CPU 的版本必須為 2.00 或者 2.01（即訂貨號(hào)為 6ES721*－***23-0BA*），1.22版本之前（包括1.22版本）的 S7-200 CPU 不支持。

使用 Modbus RTU 主站指令庫(kù)，可以讀寫(xiě) Modbus RTU 從站的數(shù)字量、模擬量 I/O 以及保持寄存器。

要使用 Modbus RTU 主站指令庫(kù)，須遵循下列步驟：

• 1.安裝西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)指令庫(kù)
• 2.按照要求編寫(xiě)用戶程序調(diào)用 Modubs RTU 主站指令庫(kù)
安裝西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)指令庫(kù)

1.2 Modbus RTU 主站功能編程

1. 調(diào)用 Modbus RTU 主站初始化和控制子程序

使用 SM0.0 調(diào)用 MBUS_CTRL 完成主站的初始化，并啟動(dòng)其功能控制：

圖 2. 用 SM0.0 調(diào)用 Modbus RTU 主站初始化與控制子程序

各參數(shù)意義如下:

a.	EN	使能：	必須保證每一掃描周期都被使能（使用 SM0.0）
b.	Mode	模式：	為 1 時(shí)，使能 Modbus 協(xié)議功能；為 0 時(shí)恢復(fù)為系統(tǒng) PPI 協(xié)議
c.	Baud	波特率：	支持的通訊波特率為1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200。
d.	Parity	校驗(yàn)：	校驗(yàn)方式選擇
			0＝無(wú)校驗(yàn)
			1＝奇較驗(yàn)
			2＝偶較驗(yàn)
e.	Timeout	超時(shí)：	主站等待從站響應(yīng)的時(shí)間，以毫秒為單位，典型的設(shè)置值為 1000 毫秒（1 秒），允許設(shè)置的范圍為 1 - 32767。
			注意： 這個(gè)值必須設(shè)置足夠大以保證從站有時(shí)間響應(yīng)。
f.	Done	完成位：	初始化完成，此位會(huì)自動(dòng)置1。可以用該位啟動(dòng) MBUS_MSG 讀寫(xiě)操作（見(jiàn)例程）
g.	Error		初始化錯(cuò)誤代碼（只有在 Done 位為1時(shí)有效）：
			0＝ 無(wú)錯(cuò)誤
			1＝ 校驗(yàn)選擇非法
			2＝ 波特率選擇非法
			3＝ 模式選擇非法

2. 調(diào)用 Modbus RTU 主站讀寫(xiě)子程序MBUS_MSG，發(fā)送一個(gè)Modbus 請(qǐng)求；

圖 3. 調(diào)用Modbus RTU 主站讀寫(xiě)子程序

各參數(shù)意義如下:

a.	EN	使能：	同一時(shí)刻只能有一個(gè)讀寫(xiě)功能（即 MBUS_MSG）使能
			注意：建議每一個(gè)讀寫(xiě)功能（即 MBUS_MSG）都用上一個(gè) MBUS_MSG 指令的 Done 完成位來(lái)激活，以保證所有讀寫(xiě)指令循環(huán)進(jìn)行（見(jiàn)例程）。
b.	First	讀寫(xiě)請(qǐng)求位：	每一個(gè)新的讀寫(xiě)請(qǐng)求必須使用脈沖觸發(fā)
c.	Slave	從站地址：	可選擇的范圍   1 - 247
d.	RW	從站地址：	0 ＝ 讀， 1 ＝ 寫(xiě)
			注意：
			1. 開(kāi)關(guān)量輸出和保持寄存器支持讀和寫(xiě)功能
			2. 開(kāi)關(guān)量輸入和模擬量輸入只支持讀功能
e.	Addr	讀寫(xiě)從站的數(shù)據(jù)地址：
			選擇讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)類(lèi)型
			00001 至 0xxxx - 開(kāi)關(guān)量輸出
			10001 至 1xxxx - 開(kāi)關(guān)量輸入
			30001 至 3xxxx - 模擬量輸入
			40001 至 4xxxx - 保持寄存器
f.	Count	數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)	通訊的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)（位或字的個(gè)數(shù)）
			注意： Modbus主站可讀/寫(xiě)的最大數(shù)據(jù)量為120個(gè)字（是指每一個(gè) MBUS_MSG 指令）
g.	DataPtr	數(shù)據(jù)指針：	1. 如果是讀指令，讀回的數(shù)據(jù)放到這個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)中
			2. 如果是寫(xiě)指令，要寫(xiě)出的數(shù)據(jù)放到這個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)中
h.	Done	完成位	讀寫(xiě)功能完成位
i.	Error	錯(cuò)誤代碼：	只有在 Done 位為1時(shí)，錯(cuò)誤代碼才有效
			0 ＝ 無(wú)錯(cuò)誤
			1 ＝ 響應(yīng)校驗(yàn)錯(cuò)誤
			2 ＝ 未用
			3 ＝ 接收超時(shí)（從站無(wú)響應(yīng)）
			4 ＝ 請(qǐng)求參數(shù)錯(cuò)誤（slave address, Modbus address, count, RW）
			5 ＝ Modbus/自由口未使能
			6 ＝ Modbus正在忙于其它請(qǐng)求
			7 ＝ 響應(yīng)錯(cuò)誤（響應(yīng)不是請(qǐng)求的操作）
			8 ＝ 響應(yīng)CRC校驗(yàn)和錯(cuò)誤
			-
			101 ＝ 從站不支持請(qǐng)求的功能
			102 ＝ 從站不支持?jǐn)?shù)據(jù)地址
			103 ＝ 從站不支持此種數(shù)據(jù)類(lèi)型
			104 ＝ 從站設(shè)備故障
			105 ＝ 從站接受了信息，但是響應(yīng)被延遲
			106 ＝ 從站忙，拒絕了該信息
			107 ＝ 從站拒絕了信息
			108 ＝ 從站存儲(chǔ)器奇偶錯(cuò)誤

常見(jiàn)的錯(cuò)誤：

• 如果多個(gè) MBUS_MSG 指令同時(shí)使能會(huì)造成 6 號(hào)錯(cuò)誤
• 庫(kù)存儲(chǔ)區(qū)被程序其它地方復(fù)用，有時(shí)也會(huì)造成6 號(hào)錯(cuò)誤
• 從站 delay 參數(shù)設(shè)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成主站 3 號(hào)錯(cuò)誤
• 從站掉電或不運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)故障都會(huì)造成主站 3 號(hào)錯(cuò)誤

3. 在 CPU 的 V 數(shù)據(jù)區(qū)中為庫(kù)指令分配存儲(chǔ)區(qū)（Library Memory）

Modbus Master 指令庫(kù)需要一個(gè)284個(gè)字節(jié)的全局 V 存儲(chǔ)區(qū)。

參考：分配庫(kù)指令數(shù)據(jù)區(qū)

1.3 關(guān)于 Modbus RTU 主站協(xié)議及地址

此為西門(mén)子正式推出的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)指令說(shuō)明資料。

在 Modbus RTU Master 協(xié)議和 PPI 協(xié)議之間切換：

Modbus RTU Master 協(xié)議指令庫(kù)使通信口工作在自由口模式下，此時(shí)不能與 Micro/WIN 軟件通信。要在切換回 PPI 協(xié)議，可以：

• 將 MBUS_CTRL 指令的 Mode 輸入端設(shè)置為邏輯"0"
• 將 CPU 的允許模式選擇開(kāi)關(guān)置為 STOP 位置

Modbus RTU Master 協(xié)議庫(kù)的執(zhí)行時(shí)間：

Modbus RTU Master 協(xié)議庫(kù)的 MBUS_CTRL 指令不需要很長(zhǎng)的執(zhí)行時(shí)間。MBUS_需要 1.11 ms 用于初始化，在后續(xù)的每個(gè)掃描周期中只占用 0.41 ms。

調(diào)用 MBUS_MSG 子程序會(huì)加長(zhǎng)處理時(shí)間。大部分時(shí)間都用于 CRC 校驗(yàn)的計(jì)算。每讀、寫(xiě)一個(gè)字的數(shù)據(jù)就需要 1.85 ms 掃描時(shí)間。數(shù)據(jù)最多的情況下（讀、寫(xiě) 120 字的數(shù)據(jù)），掃描時(shí)間大概會(huì)擴(kuò)增加 222 ms。讀操作的時(shí)間主要消耗在接收數(shù)據(jù)上；寫(xiě)操作的時(shí)間主要消耗在發(fā)送數(shù)據(jù)上。

Modbus 地址

通常 Modbus 地址由 5 位數(shù)字組成，包括起始的數(shù)據(jù)類(lèi)型代號(hào)，以及后面的偏移地址。Modbus Master 協(xié)議庫(kù)把標(biāo)準(zhǔn)的 Modbus 地址映射為所謂 Modbus 功能號(hào)，讀寫(xiě)從站的數(shù)據(jù)。Modbus Master 協(xié)議庫(kù)支持如下地址：

• 00001 - 09999：數(shù)字量輸出（ 線圈）
• 10001 - 19999：數(shù)字量輸入（觸點(diǎn)）
• 30001 - 39999：輸入數(shù)據(jù)寄存器（通常為模擬量輸入）
• 40001 - 49999：數(shù)據(jù)保持寄存器

Modbus Master 協(xié)議庫(kù)支持的功能

為了支持上述 Modbus 地址的讀寫(xiě)，Modbus Master 協(xié)議庫(kù)需要從站支持下列功能：

表 1. 需要從站支持的功能

Modbus 地址	讀/寫(xiě)	Modbus 從站須支持的功能
00001 - 09999 數(shù)字量輸出	讀	功能 1
	寫(xiě)	功能 5：寫(xiě)單輸出點(diǎn) 功能 15：寫(xiě)多輸出點(diǎn)
10001 - 19999 數(shù)字量輸入	讀	功能 2
	寫(xiě)	－
30001 - 39999 輸入寄存器	讀	功能 4
	寫(xiě)	－
40001 - 49999 保持寄存器	讀	功能 3
	寫(xiě)	功能 6：寫(xiě)單寄存器單元 功能 16：寫(xiě)多寄存器單元

Modbus 地址和 S7-200 存儲(chǔ)區(qū)地址的映射

S7-200 通過(guò) Modbus Master 和 Slave 協(xié)議庫(kù)通信時(shí)，Modbus 地址和 S7-200 內(nèi)存儲(chǔ)區(qū)地址的 映射關(guān)系都類(lèi)似。

Modbus 保持寄存器地址映射舉例：

Modbus 數(shù)字量地址映射舉例：

位地址（0xxxx 和 1xxxx）數(shù)據(jù)總是以字節(jié)為單位打包讀寫(xiě)。第一個(gè)字節(jié)中的最低有效位對(duì)應(yīng) Modbus 地址的起始地址。如下圖所示：

圖 4. 數(shù)字量地址映射舉例

1.4 Modbus RTU 主站例程

為了更好地理解 Modbus 主站的編程，可參考下面的例程。

例子程序1: 多個(gè)MBUS_MSG指令輪詢(xún)執(zhí)行，

注意

• 1. 該例程使用 Micro/WIN V4.0 SP5 保存。
• 2. 該例程僅訪問(wèn)一個(gè)從站，若訪問(wèn)不同的從站，可通過(guò)改變從站地址來(lái)實(shí)現(xiàn)。

Modbus RTU 主站指令庫(kù)應(yīng)用例程

例子程序2：反復(fù)激活單個(gè)MBUS_MSG指令：

Modbus RTU 主站變址方式輪詢(xún)?cè)L問(wèn)應(yīng)用例程

注意：此指令庫(kù)/程序的作者和擁有者對(duì)于該軟件的功能性和兼容性不負(fù)任何責(zé)任。使用該軟件的風(fēng)險(xiǎn)完全由用戶自行承擔(dān)。由于它是免費(fèi)的，所以不提供任何擔(dān)保，錯(cuò)誤糾正和熱線支持，用戶不必為 此聯(lián)系西門(mén)子技術(shù)支持與服務(wù)部門(mén)。

1.5 Modbus RTU 主站常問(wèn)問(wèn)題

Modbus RTU 主站庫(kù)對(duì) CPU 的版本是否有要求，為什么編譯例子程序時(shí)，會(huì)遇到 4 個(gè)錯(cuò)誤？

Modbus RTU 主站庫(kù)對(duì) CPU 的版本確實(shí)有要求，CPU 的版本必須為 2.00 或者 2.01(即訂貨號(hào)為6ES721*－***23-0BA*)，1.22 版本之前（包括 1.22 版本）的 S7-200 CPU 不支持。

Modbus 指令庫(kù)啟動(dòng)后，如何通過(guò)同一個(gè)通信端口進(jìn)行 CPU 監(jiān)控？

Modbus 指令庫(kù)使用的是 CPU 的自由口通信功能，工作在自由口模式下的通訊口不能使用 Micro/WIN 的 PPI 編程通信監(jiān)控。如果通信口都已經(jīng)被占用，可以考慮：

• 加一個(gè)通信模塊（如 EM 277、CP 243-1、EM 241 等）擴(kuò)展出一個(gè)編程通信口
• 中止自由口模式，可以將 CPU 上的模式開(kāi)關(guān)從 RUN 撥到 STOP；或者保持處于 RUN 狀態(tài)，用程序停止指令庫(kù)的 Modbus 模式（參見(jiàn)指令庫(kù)應(yīng)用）

 如何理解 Modbus 地址與功能碼的區(qū)別？

Modbus 地址與 Modbus 的功能碼是兩個(gè)層次的概念。

根據(jù) Modbus 通信協(xié)議，Modbus 數(shù)據(jù)的地址使用 0xxxx、1xxxx、3xxxx 和 4xxxx 的形式，分別表示數(shù)字量輸出、數(shù)字量輸入、模擬量輸入等數(shù)據(jù)地址。在使用 S7-200 的指令庫(kù)時(shí)，Modbus 數(shù)據(jù)地址與 S7-200 的 I/O 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)地址間有特定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

有些設(shè)備表明它支持 Modbus RTU 通信協(xié)議，但也詳細(xì)提供了讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的詳細(xì)通信幀格式，其中包括如何指定 Modbus 站的地址，需要讀寫(xiě)數(shù)據(jù)類(lèi)型、長(zhǎng)度等等。數(shù)據(jù)幀有特定字節(jié)指出此指令讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)類(lèi)型和地址，此字節(jié)的數(shù)據(jù)內(nèi)容即所謂"功能碼"，如功能 1 指定讀取單個(gè)/多個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)的值。

支持 Modbus 協(xié)議的設(shè)備或軟件，使用時(shí)用戶直接設(shè)置或看到的應(yīng)當(dāng)是 Modbus 數(shù)據(jù)地址。Modbus 地址所訪問(wèn)的數(shù)據(jù)，是通過(guò)各種"功能"讀寫(xiě)而來(lái)。功能碼是 Modbus 地址的底層。如果 Modbus 通信的一方提供的所謂 Modbus 協(xié)議只有功能碼，則需要注意了解此功能號(hào)與 Modbus 地址間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

如何訪問(wèn)大于 9999 的保持寄存器地址？

通常 Modbus 協(xié)議的保持寄存器地址范圍在 40001 - 49999 之間。對(duì)于多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)已經(jīng)夠了。但有些 Modbus 從站把地址映射到保持寄存器區(qū)的地址超過(guò) 9999 的部分。

Modbus Master 協(xié)議庫(kù)支持超過(guò) 9999 的保持寄存器地址。地址范圍為 400001 - 465536。只需在調(diào)用 MBUS_MSG 子程序時(shí)給 Addr 參數(shù)賦相應(yīng)的值即可，如 416768。

 Modubs Master 擴(kuò)展地址模式僅支持保持寄存器區(qū)，不支持其他地址類(lèi)型。

S7-200 作為 Modbus 主站方接收上來(lái)的數(shù)據(jù)格式與第三方設(shè)備不一樣怎么辦？

西門(mén)子PLC數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式為高位低存方式。舉例：VD200中包含VW200和VW202，其中VW202是低字，VW200是高字。若第三方設(shè)備與西門(mén)子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式不同，是低位低存的方式，那么通信上來(lái)的數(shù)據(jù)就會(huì)存在錯(cuò)誤，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換才能使用。編程的方式比較多樣，針對(duì)雙字中高低字的交換可以使用SWAP(字交換）指令，若是字節(jié)交換可以考慮循環(huán)移位指令。

S7-200 是否支持如 Modbus TCP 等其它協(xié)議？

不支持。S7-200自身的通信端口或其通信擴(kuò)展模塊均不支持 Modbus TCP、CANopen、DeviceNet 以及 BACnet 通信協(xié)議。

 為什么 S7-200 作 Modbus 主站時(shí) MBUS_MSG 指令報(bào)6號(hào)錯(cuò)誤？

引起6號(hào)錯(cuò)誤主要有兩方面的原因：1.多個(gè) MBUS_MSG 指令同時(shí)使能執(zhí)行；2. Modbus庫(kù)存儲(chǔ)區(qū)中分配的建議地址區(qū)與編程中已使用的V存儲(chǔ)區(qū)有重疊。

2.1 CPU 上的通信口（Port0）支持 Modbus RTU 從站通信協(xié)議

S7-200 CPU上的通信口Port0可以支持Modbus RTU協(xié)議，成為Modbus RTU從站。此功能是通過(guò)S7-200的自由口通信模式實(shí)現(xiàn)，因此可以通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)電臺(tái)等慢速通信設(shè)備傳輸。

 詳情請(qǐng)參考《S7-200系統(tǒng)手冊(cè)》之相關(guān)章節(jié)。

要實(shí)現(xiàn)Modbus RTU通信，需要STEP 7-Micro/WIN32 V3.2以上版本的編程軟件，而且須安裝STEP 7-Micro/WIN32 V3.2 Instruction Library（指令庫(kù)）。Modbus RTU功能是通過(guò)指令庫(kù)中預(yù)先編好的程序功能塊實(shí)現(xiàn)的。

 Modbus RTU從站指令庫(kù)只支持CPU上的通信0口（Port0）。

2.2 編程基本步驟：

檢查Micro/WIN的軟件版本，應(yīng)當(dāng)是STEP 7-Micro/WIN V3.2以上版本。

檢查Micro/WIN的指令樹(shù)中是否存在Modbus RTU從站指令庫(kù)（圖1），庫(kù)中應(yīng)當(dāng)包括MBUS_INIT和MBUS_SLAVE兩個(gè)子程序。如果沒(méi)有，須安裝Micro/WIN32 V3.2的Instruction Library（指令庫(kù)）軟件包；

圖1. 指令樹(shù)中的庫(kù)指令

編程時(shí)使用SM0.1調(diào)用子程序MBUS_INIT進(jìn)行初始化，使用SM0.0調(diào)用MBUS_SLAVE，并指定相應(yīng)參數(shù)。關(guān)于參數(shù)的詳細(xì)說(shuō)明，可在子程序的局部變量表中找到；

圖2. 調(diào)用Modbus RTU通信指令庫(kù)

圖中參數(shù)意義如下：

• 模式選擇：?jiǎn)?dòng)/停止Modbus，1=啟動(dòng)；0=停止
• 從站地址：Modbus從站地址，取值1~247
• 波特率：可選1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200
• 奇偶校驗(yàn)：0=無(wú)校驗(yàn)；1=奇校驗(yàn)；2=偶校驗(yàn)
• 延時(shí)：附加字符間延時(shí)，缺省值為0
• 最大I/Q位：參與通信的最大I/O點(diǎn)數(shù)，S7-200的I/O映像區(qū)為128/128，缺省值為128
• 最大AI字?jǐn)?shù)：參與通信的最大AI通道數(shù)，可為16或32
• 最大保持寄存器區(qū)：參與通信的V存儲(chǔ)區(qū)字（VW）
• 保持寄存器區(qū)起始地址：以&VBx指定（間接尋址方式）
• 初始化完成標(biāo)志：成功初始化后置1
• 初始化錯(cuò)誤代碼
• Modbus執(zhí)行：通信中時(shí)置1，無(wú) Modbus 通信活動(dòng)時(shí)為 0。
• 錯(cuò)誤代碼：0=無(wú)錯(cuò)誤

錯(cuò)誤代碼	描述
0	無(wú)錯(cuò)誤
1	存儲(chǔ)區(qū)范圍錯(cuò)誤
2	非法波特率或校驗(yàn)
3	非法從站地址
4	Modbus 參數(shù)的非法值
5	保持寄存器與Modbus從站符號(hào)地址重復(fù)
6	接收校驗(yàn)錯(cuò)誤
7	接收CRC錯(cuò)誤
8	非法功能請(qǐng)求/不支持的功能
9	請(qǐng)求中有非法存儲(chǔ)區(qū)地址
10	從站功能未使能

在CPU的V數(shù)據(jù)區(qū)中分配庫(kù)指令數(shù)據(jù)區(qū)（Library Memory）；

如有必要，使用主站軟件測(cè)試。

注意：由子程序參數(shù)HoldStart和MaxHold指定的保持寄存器區(qū)，是在S7-200 CPU的V數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中分配，此數(shù)據(jù)區(qū)不能和庫(kù)指令數(shù)據(jù)區(qū)有任何重疊，否則在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，不能正常通信。注意Modbus 中的保持寄存器區(qū)按"字"尋址，即MaxHold規(guī)定的是VW而不是VB的個(gè)數(shù)。

在圖2的例子中，規(guī)定了 Modbus 保持寄存器區(qū)從 VB0 開(kāi)始（HoldStart ＝ VB0），并且保持寄存器為1000個(gè)字（MaxHold＝1000），因保持寄存器以字（兩個(gè)字節(jié)）為單位，實(shí)際上這個(gè)通信緩沖區(qū)占用了VB0～VB1999共2000個(gè)字節(jié)。因此分配庫(kù)指令保留數(shù)據(jù)區(qū)時(shí)至少要從VB2000開(kāi)始。當(dāng)然保持區(qū)不一定要從VB0開(kāi)始。

注意：你選用的CPU的V存儲(chǔ)區(qū)大小！CPU型號(hào)不同V數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)大小不同。應(yīng)根據(jù)需要選擇Modbus保持寄存器區(qū)域的大小。

包含 Modbus RTU 從站指令庫(kù)的項(xiàng)目編譯、下載到CPU中后，在編程計(jì)算機(jī)（PG/PC）上運(yùn)行一些 Modbus 測(cè)試軟件可以檢驗(yàn)S7-200的Modbus RTU通信是否正常，這對(duì)查找故障點(diǎn)很有用。測(cè)試軟件通過(guò)計(jì)算機(jī)串口（RS-232）和PC/PPI電纜連接CPU。如果必要，須將PC/PPI電纜設(shè)置在自由口通信方式。

可到一些軟件下載網(wǎng)站尋找類(lèi)似軟件，如 ModScan32 等。

2.3 Modbus RTU 從站地址與S7-200的地址對(duì)應(yīng)

Modbus地址總是以00001、30004之類(lèi)的形式出現(xiàn)。S7-200內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)與Modbus的0、1、3、4共4類(lèi)地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

表2. Modbus地址對(duì)應(yīng)表

Modbus地址	S7-200數(shù)據(jù)區(qū)
00001 ~ 00128	Q0.0 ~ Q15.7
10001 ~ 10128	I0.0 ~ I15.7
30001 ~ 30032	AIW0 ~ AIW62
40001 ~ 4xxxx	T ~ T + 2 * (xxxx -1)

其中T為S7-200中的緩沖區(qū)起始地址，即 HoldStart。

如果已知S7-200中的V存儲(chǔ)區(qū)地址，推算Modbus地址的公式如下：

Modbus地址 = 40000 + (T/2+1) ; T為偶數(shù)

2.4 Modbus RTU 從站指令庫(kù)支持的功能碼

Modbus RTU 從站指令庫(kù)支持特定的 Modbus 功能。訪問(wèn)使用此指令庫(kù)的主站必須遵循這個(gè)指令庫(kù)的要求。

表 3. Modbus RTU 從站功能碼

功能碼	主站使用相應(yīng)功能碼作用于此從站的效用
1	讀取單個(gè)/多個(gè)線圈（離散量輸出點(diǎn)）狀態(tài)。 功能 1 返回任意個(gè)數(shù)輸出點(diǎn)（Q）的 ON/OFF 狀態(tài)。
2	讀取單個(gè)/多個(gè)觸點(diǎn)（離散量輸入點(diǎn)）狀態(tài)。 功能 2 返回任意個(gè)數(shù)輸入點(diǎn)（I）的 ON/OFF 狀態(tài)。
3	讀取單個(gè)/多個(gè)保持寄存器。功能 3 返回 V 存儲(chǔ)區(qū)的內(nèi)容。在 Modbus 協(xié)議下保持寄存器都是"字"值，在一次請(qǐng)求中可以讀取最多 120 個(gè)字的數(shù)據(jù)。
4	讀取單個(gè)/多個(gè)輸入寄存器。功能 4 返回 S7-200 的模擬量數(shù)據(jù)值。
5	寫(xiě)單個(gè)線圈（離散量輸出點(diǎn)）。功能 5 用于將離散量輸出點(diǎn)設(shè)置為指定的值。這個(gè)點(diǎn)不是被強(qiáng)制的，用戶程序可以覆蓋 Modbus 通信請(qǐng)求寫(xiě)入的值。
6	寫(xiě)單個(gè)保持寄存器。功能 6 寫(xiě)一個(gè)值到 S7-200 的 V 存儲(chǔ)區(qū)的保持寄存器中。
15	寫(xiě)多個(gè)線圈（離散量輸出點(diǎn)）。功能 15 把多個(gè)離散量輸出點(diǎn)的值寫(xiě)到 S7-200 的輸出映像寄存器（Q 區(qū)）。輸出點(diǎn)的地址必須以字節(jié)邊界起始（如 Q0.0 或 Q2.0），并且輸出點(diǎn)的數(shù)目必須是 8 的整數(shù)倍。這是此 Modbus RTU 從站指令庫(kù)的限制。些點(diǎn)不是被強(qiáng)制的，用戶程序可以覆蓋 Modbus 通信請(qǐng)求寫(xiě)入的值。
16	些多個(gè)保持寄存器。功能 16 寫(xiě)多個(gè)值到 S7-200 的 V 存儲(chǔ)區(qū)的保持寄存器中。在一次請(qǐng)求中可以寫(xiě)最多 120 個(gè)字的數(shù)據(jù)。

2.5 Modbus RTU 從站例程

Modbus RTU 從站例程

需要 STEP 7-Micro/WIN V4.0 SP3 以上版打開(kāi)

2.6 Modbus RTU 從站常見(jiàn)問(wèn)題

Modbus 從站的網(wǎng)絡(luò)地址與 S7-200 的 CPU 網(wǎng)絡(luò)地址有什么關(guān)系？

沒(méi)有關(guān)系。支持網(wǎng)絡(luò)通信的通信協(xié)議必須有其自己的網(wǎng)絡(luò)尋址規(guī)定。 Modbus 從站的地址只是它在 Modbus 網(wǎng)絡(luò)上的地址，而通常所說(shuō)的 S7-200 CPU 地址是 CPU 在西門(mén)子的 PPI 網(wǎng)絡(luò)上的站地址。S7-200 CPU 的大部分通信功能都通過(guò) PPI 網(wǎng)絡(luò)完成，例如編程、網(wǎng)絡(luò)讀寫(xiě)通信等。

 如何理解 Modbus 地址與功能碼的區(qū)別？

Modbus 地址與 Modbus 的功能碼是兩個(gè)層次的概念。

根據(jù) Modbus 通信協(xié)議，Modbus 數(shù)據(jù)的地址使用 00xxx、10xxx、30xxx 和 40xxx 的形式，分別表示數(shù)字量輸出、數(shù)字量輸入、模擬量輸入等數(shù)據(jù)地址。在使用 S7-200 的指令庫(kù)時(shí)，Modbus 數(shù)據(jù)地址與 S7-200 的 I/O 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)地址間有特定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

有些設(shè)備表明它支持 Modbus RTU 通信協(xié)議，但也詳細(xì)提供了讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的詳細(xì)通信幀格式，其中包括如何指定 Modbus 站的地址，需要讀寫(xiě)數(shù)據(jù)類(lèi)型、長(zhǎng)度等等。數(shù)據(jù)幀有特定字節(jié)指出此指令讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)類(lèi)型和地址，此字節(jié)的數(shù)據(jù)內(nèi)容即所謂"功能碼"，如功能 1 指定讀取單個(gè)/多個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)的值。

支持 Modbus 協(xié)議的設(shè)備或軟件，使用時(shí)用戶直接設(shè)置或看到的應(yīng)當(dāng)是 Modbus 數(shù)據(jù)地址。Modbus 地址所訪問(wèn)的數(shù)據(jù)，是通過(guò)各種"功能"讀寫(xiě)而來(lái)。功能碼是 Modbus 地址的底層。如果 Modbus 通信的一方提供的所謂 Modbus 協(xié)議只有功能碼，則需要注意了解此功能號(hào)與 Modbus 地址間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

Modbus 指令庫(kù)啟動(dòng)后，如何通過(guò)同一個(gè)通信端口進(jìn)行 CPU 監(jiān)控？

Modbus 指令庫(kù)使用的是 CPU 的自由口通信功能，工作在自由口模式下的通訊口不能使用 Micro/WIN 的 PPI 編程通信監(jiān)控。如果通信口都已經(jīng)被占用，可以考慮：

• 加一個(gè)通信模塊（如 EM 277、CP 243-1、EM 241 等）擴(kuò)展出一個(gè)編程通信口
• 中止自由口模式，可以將 CPU 上的模式開(kāi)關(guān)從 RUN 撥到 STOP；或者保持處于 RUN 狀態(tài)，用程序停止指令庫(kù)的 Modbus 模式（參見(jiàn)指令庫(kù)應(yīng)用）

為何有些 HMI 軟件使用 Modbus RTU 讀取S7-200中的實(shí)數(shù)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤？

有些HMI軟件使用Modbus RTU通信協(xié)議時(shí)，處理存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)保持寄存器中的實(shí)數(shù)（浮點(diǎn)數(shù)）的方式與西門(mén)子的實(shí)數(shù)保存格式不同。西門(mén)子的PLC遵循"高字節(jié)低地址、低字節(jié)高地址"的規(guī)律。

Modbus RTU的保持寄存器總是以"字（雙字節(jié)）"為單位，而一個(gè)實(shí)數(shù)需要4個(gè)字節(jié)（雙字）表示。HMI軟件在處理時(shí)可能會(huì)把保持寄存器的兩個(gè)"字"互換位置，造成不能識(shí)別以西門(mén)子格式表示的實(shí)數(shù)。如果HMI軟件一方無(wú)法處理這種實(shí)數(shù)，則可在S7-200 CPU中編程將存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)（保持寄存器區(qū)）的實(shí)數(shù)的高字和低字互換。

為何有的HMI軟件用Modbus RTU可以讀取作為從站的S7-200的內(nèi)容，但不能寫(xiě)入？

可能此軟件使用了Modbus功能15（寫(xiě)多個(gè)離散量）或類(lèi)似功能（功能 16）。S7-200從站協(xié)議遵守"以整字節(jié)地址邊界（如Q0.0、Q2.0）開(kāi)始、以8的整數(shù)倍為位個(gè)數(shù)"的規(guī)約。如果HMI軟件未嚴(yán)格執(zhí)行此規(guī)律就可能發(fā)生寫(xiě)入錯(cuò)誤的情況。

S7-200是否支持 Modbus ASCII 模式？

S7-200可以支持上述模式，但是沒(méi)有現(xiàn)成的指令庫(kù)，需要用戶自己編程。

項(xiàng)目編譯后為何出現(xiàn)很多錯(cuò)誤？

使用指令庫(kù)時(shí)，若編譯后出現(xiàn)很多錯(cuò)誤，一般是因?yàn)槲粗付◣?kù)指令數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。請(qǐng)參考相關(guān)條目。

S7-200 CPU的Port1是否可以支持Modbus RTU協(xié)議？

可以。用戶可以自己編程實(shí)現(xiàn)。

在S7-200的"Tips and Tricks"幫助文檔中，Tip041是Modbus RTU從站程序，用戶可以參考。

S7-200是否可以組成Modbus RTU通信網(wǎng)絡(luò)？如何組網(wǎng)？

S7-200可以組成RS-485基礎(chǔ)上的Modbus RTU網(wǎng)絡(luò)。如果通信對(duì)象是不同標(biāo)準(zhǔn)的通信口，可能還需要轉(zhuǎn)換。
參見(jiàn)：RS-485網(wǎng)絡(luò)組成

STEP 7-Micro/WIN V4.0 以上版內(nèi)部已經(jīng)帶有新的指令庫(kù)，但在未安裝西門(mén)子 Instruction Library 軟件包的情況下，不能顯示出來(lái)使用。

要使用西門(mén)子的標(biāo)準(zhǔn)指令庫(kù)，必須先安裝西門(mén)子的指令庫(kù)軟件包 Instruction Library。安裝了 Instruction Library 之后，只要安裝的 STEP 7-Micro/WIN 版本是最新的，就能獲得相應(yīng)版本的新指令庫(kù)。安裝 Micro/WIN 的升級(jí)包（Service Pack）也會(huì)更新指令庫(kù)的版本。

用戶可以直接從下面獲得西門(mén)子 Instruction Library 軟件安裝包：

Instruction Library

最新的 STEP 7-Micro/WIN V4.0 SP5 版本支持以下幾種西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)指令庫(kù)：

• USS通信協(xié)議庫(kù)：
  可使CPU通信口 Port0 和 Port 1 支持與Micro-Master 3（MM3系列）和Micro-Master 4（MM4系列，如MM420、MM430、MM440等）、SINAMICS G110系列的USS通信控制，通過(guò)一些預(yù)先編好的子程序和中斷程序，以方便地控制變頻器的運(yùn)行和讀寫(xiě)其參數(shù)。
  Micro/WIN V4.0的USS指令庫(kù)現(xiàn)在已經(jīng)針對(duì)西門(mén)子的Master Drive做了優(yōu)化。
• Modbus RTU Slave（從站）通信協(xié)議庫(kù)：
  可使CPU通信口 Port0 支持Modbus RTU從站通信功能。
• Modbus RTU Master （主站）通信協(xié)議庫(kù): 
  可使 CPU 通信口 Port 0 和 Port 1 支持 Modbus RTU 主站通信功能。

以上通信協(xié)議庫(kù)都是使用了S7-200 CPU的自由口通信功能。

圖1. 西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)以淺藍(lán)色圖標(biāo)表示（Micro/WIN V4.0 SP5）

從以下兩種途徑可以獲得STEP 7-Micro/WIN指令庫(kù)：

• 安裝STEP 7-Micro/WIN32 附加軟件包Instruction Library V1.1，訂貨號(hào)6ES7830-2BC00-0YX0。
• 已安裝STEP 7-Micro/WIN32 V3.1和Toolbox V1.0（包括為T(mén)P070配置的TP Designer和老的指令庫(kù)，訂貨號(hào)6ES7810-2TC00-0YX0），再安裝正式的STEP 7-Micro/WIN32 V3.2（或V4.0）版，也可自動(dòng)獲得新的指令庫(kù)。新舊版本的軟件及其指令庫(kù)可以在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上共存（V4.0 的各升級(jí)包不能共存）。

注意：

• 所有舊的CPU21x不能使用新的指令庫(kù)
• 舊版本的指令庫(kù)不能與新的指令庫(kù)在同一個(gè)項(xiàng)目文件中共存
• 安裝了新版本的指令庫(kù)后，舊版本的指令庫(kù)不再能夠看到
• 用戶自定義的指令庫(kù)不能與西門(mén)子的庫(kù)重名

有時(shí)因?yàn)橄到y(tǒng)和軟件安裝有問(wèn)題，可能在安裝完西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)指令庫(kù)后仍然不能看到西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)。這時(shí)可以嘗試添加標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)。標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的文件存在Micro/WIN安裝目錄下的Standard Libs目錄下。

3.1 分配庫(kù)指令數(shù)據(jù)區(qū)

調(diào)用STEP 7 - Mciro/WIN32 V3.2 Instruction Library（指令庫(kù)）需要分配庫(kù)指令數(shù)據(jù)區(qū)（Library Memory）。庫(kù)指令數(shù)據(jù)區(qū)是相應(yīng)庫(kù)的子程序和中斷程序所要用到的變量存儲(chǔ)空間。

如果在編程時(shí)不分配庫(kù)指令數(shù)據(jù)區(qū)，編譯時(shí)會(huì)產(chǎn)生許多相同的錯(cuò)誤（錯(cuò)誤18）。

操作步驟（以Modbus RTU庫(kù)指令為例）：

在指令樹(shù)的Project（項(xiàng)目）中，以鼠標(biāo)右鍵單擊Program Block（程序塊），在彈出的快捷菜單中選擇Library Memory。如圖2所示：

圖2

在彈出的選項(xiàng)卡中設(shè)置庫(kù)指令數(shù)據(jù)區(qū)，如圖2所示：

圖3.缺省情況下是從VB0開(kāi)始，但因?yàn)榕cModbus的保持寄存區(qū)沖突，所以手動(dòng)改為VB2000。按"Suggest Address"按鈕也可以自動(dòng)分配。

可以使用Suggest Address（推薦地址）設(shè)置數(shù)據(jù)區(qū)，但要注意編程軟件設(shè)置的數(shù)據(jù)區(qū)地址，只考慮到了其他一般尋址，而未考慮到諸如Modbus數(shù)據(jù)保持寄存器區(qū)等的設(shè)置。應(yīng)當(dāng)確保不與其他任何已使用的數(shù)據(jù)區(qū)重疊、沖突。不應(yīng)重復(fù)按Suggest Address按鈕，否則也會(huì)造成混亂。

在STEP 7-Micro/WIN32 V3.1中，有分配庫(kù)指令數(shù)據(jù)區(qū)時(shí)有不同的操作方法，需要在Symbol Table（符號(hào)表）中設(shè)置一個(gè)首地址。我們強(qiáng)烈建議使用當(dāng)時(shí)最新的編程版本。

3.2 添加指令庫(kù)

注意：添加自定義指令庫(kù)，需要關(guān)閉編輯庫(kù)指令的項(xiàng)目，新建立一個(gè)項(xiàng)目。如果要添加其他來(lái)源的庫(kù)指令自然不需要如此。

第一步：在Micro/WIN的File（文件）菜單中選擇Add/Remove Libraries...（添加/刪除指令庫(kù)）命令 ；或者在指令樹(shù)的Libraries（指令庫(kù)）分支上單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇Add/Remove Libraries...

圖4. 選擇添加/刪除指令庫(kù)命令

添加/刪除對(duì)話框中將顯示已經(jīng)在本機(jī)的Micro/WIN中集成的用戶自定義指令庫(kù)。

圖5. 已安裝的庫(kù)指令

第二步：按Add（添加）按鈕，選擇新定義的庫(kù)文件路徑。用戶自定義庫(kù)將自動(dòng)添加到Micro/WIN指令樹(shù)的Libraries分支下。

圖6. 選擇庫(kù)文件

 缺省情況下，Micro/WIN到圖8中的路徑下尋找?guī)熘噶钗募�。用戶也可以指定其他路徑。但要注意�?kù)文件應(yīng)當(dāng)保持在非移動(dòng)的介質(zhì)上，如果指定了一個(gè)可移動(dòng)硬盤(pán)，則硬盤(pán)不在時(shí)會(huì)發(fā)生找不到庫(kù)的錯(cuò)誤。建議用戶使用缺省設(shè)置。

3.3 刪除庫(kù)指令

第一步：選擇添加/刪除指令庫(kù)命令

圖7. 選擇命令

第二步：選中須卸載的庫(kù)所對(duì)應(yīng)的庫(kù)文件，按Remove（刪除）按鈕

圖8. 選中要?jiǎng)h除的庫(kù)指令文件

S7-200系統(tǒng)支持的PPI、MPI和PROFIBUS-DP協(xié)議通常以RS-485電氣網(wǎng)絡(luò)為硬件基礎(chǔ)。
RS-485串行通信標(biāo)準(zhǔn)采用平衡信號(hào)傳輸方式，或者稱(chēng)為差動(dòng)模式。平衡傳輸方式可以有效地抑制傳輸過(guò)程中干擾。
平衡方式采用一對(duì)導(dǎo)線，利用兩根導(dǎo)線間的電壓差傳輸傳輸信號(hào)。這兩根導(dǎo)線被命名為A（TxD/RxD-）和B（TxD/RxD+）。當(dāng)B的電壓比A高時(shí)，認(rèn)為傳輸?shù)氖沁壿?高"電平；當(dāng)B的電壓比A低時(shí)，認(rèn)為傳輸?shù)氖沁壿?低"電平信號(hào)。能夠有效工作的差動(dòng)電壓范圍十分寬廣，可以從零點(diǎn)幾伏到接近十伏。
RS-485通信端口可以做到很高的通信速率，較長(zhǎng)的通信距離，以及并聯(lián)連接多個(gè)端口。

平衡通信方式能否有效工作受到共模電壓差的影響。RS-485接口的兩根導(dǎo)線相對(duì)于通信對(duì)象信號(hào)地的電壓差就是共模電壓。非電氣隔離的RS-485接口能在一定的范圍內(nèi)抵抗共模電壓對(duì)通信的干擾。

S7-200 CPU通信口的共模抑制電壓是12V。所以對(duì)于這類(lèi)非隔離型的RS-485端口，保證通信口之間的信號(hào)地等電位非常重要，最好將它們連接在一起（并不是說(shuō)一定要接地）。

S7-200系統(tǒng)中的RS-485端口是半雙工的，不能同時(shí)發(fā)送和接收信號(hào)。
在S7-200系統(tǒng)中，選擇合適的通信設(shè)備，可以做到波特率從1200到12M，單段距離1000m，單段站點(diǎn)32個(gè)的通信網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)中繼器，RS-485電氣網(wǎng)絡(luò)還可以擴(kuò)展通信距離，增加通信站點(diǎn)。詳情請(qǐng)參考《S7-200系統(tǒng)手冊(cè)》關(guān)于通信的專(zhuān)門(mén)一章。
雖然常見(jiàn)的RS-485通信器件在電氣性能上基本一致，但物理接口卻五花八門(mén)，沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)定。

 西門(mén)子系統(tǒng)中的 D-Sub 9 針型 RS-485 端口，引腳定義是基本一致的。

4.1 S7-200系統(tǒng)中的RS-485通信

在S7-200系統(tǒng)中，CPU上的通信口（編程口），以及EM277模塊上的通信端口都是符合RS-485電氣標(biāo)準(zhǔn)的。但它們也有所不同：

• S7-200 CPU上的通信口是非隔離型的，最高通信速率187.5K波特
• EM277上的通信口是隔離的，最高通信速率12M，并且速率自適應(yīng)

以下三種協(xié)議，都可以在RS-485的硬件基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)通信：

• PPI（包括編程通信、S7-200 CPU之間、S7-200 CPU與HMI之間的通信等）
• MPI（S7-200 CPU與S7-300/400 CPU、S7-200 CPU與HMI之間、EM277與HMI之間的通信等）
• PROFIBUS-DP（EM277與其他PROFIBUS-DP主站之間的通信）

實(shí)際上，如果各通信站點(diǎn)的地址不同，通信波特率相同，上述三個(gè)協(xié)議可以在一個(gè)RS-485網(wǎng)絡(luò)上同時(shí)實(shí)現(xiàn)各自的通信。當(dāng)然，一個(gè)站點(diǎn)支持什么協(xié)議受到自身?xiàng)l件所限。

因此考察上述電氣網(wǎng)絡(luò)的通信時(shí)，我們應(yīng)注意到它們都受RS-485網(wǎng)絡(luò)電氣基礎(chǔ)的制約。上述網(wǎng)絡(luò)所用的網(wǎng)絡(luò)硬件基本一樣。