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希殿电气技术(上海)有限公司
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定货号注释CPU
6ES7211-0AA23-0XB0CPU221DC/DC/DC,6输入/4输出6ES7211-0BA23-0XB0CPU221继电器输出,6输入/4输出6ES7212-1AB23-0XB8CPU222DC/DC/DC,8输入/6输出6ES7212-1BB23-0XB8CPU222继电器输出,8输入/6输出6ES7214-1AD23-0XB8CPU224DC/DC/DC,14输入/10输出6ES7214-1BD23-0XB8CPU224继电器输出,14输入/10输出6ES7214-2AD23-0XB8CPU224XPDC/DC/DC,14DI/10DO,2AI/1AO6ES7214-2BD23-0XB8CPU224XP继电器输出,14DI/10DO,2AI/1AO6ES7216-2AD23-0XB8CPU226DC/DC/DC,24输入/16输出6ES7216-2BD23-0XB8CPU226继电器输出,24输入/16输出扩展模块
6ES7221-1BH22-0XA8EM22116入24VDC,开关量6ES7221-1BF22-0XA8EM2218入24VDC,开关量6ES7221-1EF22-0XA0EM2218入120/230VAC,开关量6ES7222-1BF22-0XA8EM2228出24VDC,开关量6ES7222-1EF22-0XA0EM2228出120V/230VAC,0.5A开关量6ES7222-1HF22-0XA8EM2228出继电器6ES7222-1BD22-0XA0EM2224出24VDC固态-MOSFET6ES7222-1HD22-0XA0EM2224出继电器干触点6ES7223-1BF22-0XA8EM2234入/4出24VDC,开关量6ES7223-1HF22-0XA8EM2234入24VDC/4出继电器6ES7223-1BH22-0XA8EM2238入/8出24VDC,开关量6ES7223-1PH22-0XA8EM2238入24VDC/8出继电器6ES7223-1BL22-0XA8EM22316入/16出24VDC,开关量6ES7223-1PL22-0XA8EM22316入24VDC/16出继电器6ES7223-1BM22-0XA8EM22332入/32出24VDC,开关量6ES7223-1PM22-0XA8EM22332入24VDC/32出继电器6ES7231-0HC22-0XA8EM2314入*12位精度,模拟量6ES7231-7PB22-0XA8EM2312入*热电阻,模拟量6ES7231-7PD22-0XA8EM2314入*热电偶,模拟量6ES7232-0HB22-0XA8EM2322出*12位精度,模拟量6ES7235-0KD22-0XA8EM2354入/1出*12位精度,模拟量6ES7277-0AA22-0XA0EM277PROFIBUS-DP接口模块6GK7243-2AX01-0XA0CP243-2AS-i接口模块6ES7253-1AA22-0XA0EM253位控模块6ES7241-1AA22-0XA0EM241调制解调器模块6GK7243-1EX00-0XE0CP243-1工业以太网模块6GK7243-1GX00-0XE0CP243-1IT工业以太网模块3
6ES7291-8GF23-0XA0MC291,新CPU22x存储器盒,64K6ES7297-1AA23-0XA0CC292,CPU22x时钟/日期电池盒6ES7291-8BA20-0XA0BC293,CPU22x电池盒6ES7290-6AA20-0XA0扩展电缆,I/O扩展,0.8米,CPU22x/EM6ES7901-3CB30-0XA0编程/通讯电缆,PC/PPI,带光电隔离,5-开关,5m6ES7901-3DB30-0XA0编程/通讯电缆,PC/PPI,带光电隔离,USB接口,5-开关6ES7292-1AD20-0AA0CPU22x/EM端子连接器块,7个端子,可拆卸6ES7292-1AE20-0AA0CPU22x/EM端子连接器块,12个端子,可拆卸6ES7292-1AG20-0AA0CPU22x/EM连接器块,18个端子,可拆卸6AV6640-0AA00-0AX0TD400C文本显示器6EP1332-1SH31专为S7-200设计电源,24V/3.5A可并联5个6ES7272-0AA30-0YA0TD200文本显示器6XV1830-0EH10网络总线6ES7972-0BB12-0XA0网络总线连结器,带编程口,垂直电缆出线6ES7972-0BA12-0XA0网络总线连结器,不带编程口,垂直电缆出线6ES7972-0BA41-0XA0网络总线连结器,不带编程口,35度垂直电缆出线6ES7972-0BB41-0XA0网络总线连结器,带编程口,35度垂直电缆出线
1. 概述
在现场应用中,很多仪表和设备仅支持Modbus RTU的通讯协议,第三方仪表可以做Modbus主站或从站,西门子的通讯模块CP341 / CP441-2 通过Dongle(硬件狗)可以扩展该协议,S7-200 集成的口可以支持自由口通讯,通过指令库也可以方便的实现Modbus RTU通讯。本文以S7-200作为Modbus 主站,CP341作为Modbus 从站,实现Modbus RTU通讯,阐述两者在通讯方面的设置和注意事项。
2. 软件环境
2.1 STEP7 V5.4 SP4
用于编写 S7-300/400程序,此软件需要从西门子购买,本文档中的300的程序是使用Step7 V5.4 SP4的软件编写。
2.2 CP PTP Param V5.1 SP11
串行通讯模板的驱动程序,安装此驱动后才能对PtP模板进行参数配置,并在Step7中集成通讯编程需要使用的功能块。此驱动随购买模板一起提供,也可以从以下的链接下载:27013524
2.3 CP PTP Modbus Slave V3.1 SP7
CP341或CP441-2用于Modbus从站时,需要安装此驱动协议,但安装之前必须先安装PtP Driver,此驱动可以在购买Modbus Dongle时选择购买,也可以从以下的链接下载:27774276
2.4 STEP7 Micro/WIN V4.0 SP6
用于S7-200编程的软件,本文档中的200的程序是使用Step7 Micro/win 的软件编写。此软件可以从西门子下载中心免费下载,也可以从以下的链接下载。
http://www.ad.siemens.com.cn/download 网站 自动化系统>>S7-200>>软件,文档编号S0002。
2.5 Toolbox_V32-STEP 7-Micro WIN 32 Instruction Library
S7-200实现Modbus RTU功能,可以使用Modbus的指令库,要使用西门子的标准指令库,必须先安装指令库的软件包 Instruction Library,安装后,可以在Step 7-Micro/WIN软件的库中找到Modbus相关的指令,该软件包可以从以下的链接下载。http://www.ad.siemens.com.cn/download 网站 自动化系统>>S7-200>>软件,文档编号S0010。
3. 硬件列表和接线
3.1 硬件列表
S7-300从站 | CPU315-2DP | 6ES7 315-2AG10-0AB0 |
CP341 RS422/485 | 6ES7 341-1CH01-0AE0 | |
Dongle | 6ES7 870-1AB01-0YA0 | |
PC 适配器(USB) | 6ES7 972-0CB20-0XA0 | |
S7-200主站 | CPU 224XP | 6ES7 214-2BD23-0XB0 |
表1 硬件设备
3.2 硬件接线
3.2.1 接口定义
S7-200的通讯口为RS485物理口(9针口),CP341是RS422/485的接口类型(15针口),两种设备的接口引脚的示意图如下所示,更详细的信息可以参考CP341及S7-200通信接口的手册。
图1 S7-200 CPU通信口引脚定义
图2 S7-300 CP341 RS422/485 通讯口引脚定义
3.2.2 接线示意图
图3 硬件结构和接线示意图
4. 组态设置和编程
4.1 S7-200做Modbus主站的设置
S7-200 CPU上的通信口在电气上是标准的RS-485半双工串行通信口,此串行字符通信的格式:1个起始位;7/8位数据位;1位奇/偶/无校验;1停止位。通信波特率可以设置为1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或112500,符合这些格式的串行通讯设备可以和S7-200进行自由口通讯,Modbus RTU指令库就是使用自由口编程实现的。
4.1.1 Modbus RTU主站库
使用Modbus 主站指令库时需要注意的几点:
图4 库存储区设置
Modbus 地址 | 读 / 写 | Modbus 从站须支持的功能 |
00001~09999 | 读 | 功能1:读输出点 |
数字量输出 | 写 | 功能5:写单个输出点 |
功能15:写多个输出点 | ||
10001~19999 | 读 | 功能2:读输入点 |
数字量输入 | ||
30001~39999 | 读 | 功能4:读输入寄存器 |
输入寄存器 | ||
40001~49999 | 读 | 功能3:读保持寄存器 |
保持寄存器 | 写 | 功能6:写单个寄存器 |
功能16:写多个寄存器 |
表2需要从站支持的功能
4.1.2 S7-200 Modbus主站编程
编程时,使用SM0.0调用MBUS_CTRL完成主站的参数初始化,详细见下表,参数的说明也可以从子程序的局部变量表中找到。
图5 Modbus RTU 主站初始化
图中各参数含义如下
编号 | 符号/含义 | 说 明 |
a | EN / 使能 | 必须保证每一扫描周期都被使能(使用SM0.0)。 |
b | Mode / 模式 | 为1时使能为Modbus协议;为0时恢复为PPI协议。 |
c | Baud / 波特率 | 支持的通讯波特率为1200,2400,4800,9600,19200,38400,57600,115200。 |
d | Parity / 校验 | 校验方式选择:0=无校验;1=奇校验,2=偶校验。 |
e | Timeout / 超时 | 主站等待从站响应的时间,以毫秒为单位,典型的设置值为 1000毫秒,允许设置的范围为1-32767。这个值必须设置足够大以保证从站有时间响应。 |
f | Done / 完成位 | 初始化完成,此位会自动置1。 |
g | Error / 错误位 | 初始化错误代码。 |
表3
调用 Modbus RTU 主站读写子程序MBUS_MSG,发送一个Modbus 请求。
图6 调用Modbus RTU 主站读写子程序
图中各参数含义如下
编号 | 符号/含义 | 说 明 |
a | EN / 使能 | 同一时刻只能有一个读写功能使能。 |
b | First / 读写请求位 | 每一个新的读写请求必须使用脉冲触发。 |
c | Slave / 从站地址 | 可选择的范围1–247。 |
d | RW / 读写操作位 | 0=读, 1=写。 |
e | Addr / 读写从站的数据地址 | 选择读写的数据类型: |
00001 至 0xxxx - 开关量输出 | ||
10001 至 1xxxx - 开关量输入 | ||
30001 至 3xxxx - 模拟量输入 | ||
40001 至 4xxxx - 保持寄存器。 | ||
f | Count / 数据的个数 | 通讯的数据个数(位或字的个数)。 |
g | DaptPtr / 数据指针 | 如果是读指令,读回的数据放到这个数据区中; |
如果是写指令,要写出的数据放到这个数据区中。 | ||
h | Done / 完成位 | 读写功能完成位。 |
i | Error / 错误代码 | 只有在Done位为1时,错误代码才有效。 |
表4
从上图中可见,S7-200作为Modbus RTU主站,波特率9.6Kb/s,偶校验,连接从站的站地址是3,数据存储区为VB2000开始的区域。
4.2 CP341 做Modbus 从站的硬件组态
4.2.1 硬件组态
图7 S7-300侧硬件组态
4.2.2 设置Modbus参数
图8 消息桢字符结构
按照上述操作设置参数,从上图可以看出,本例中的传输波特率9.6Kb/s,1位起始位,8位数据位,偶校验位,1位停止位,从站站地址是3,主从通讯设备的字符帧格式和波特率等参数设置需要一致。
图9 RS422/485 接口组态
RS422/485接口只能一个有效,接口的选择只需要组态而不需要在硬件上短接。
4.2.3 Modbus驱动的下载
当配置好Modbus通信的参数后,保存前需要向CP341下载Modbus Slave的驱动,一旦下载完成后无需再次下载。
需要注意的是,在下载驱动时(可以在无Dongle情况下下载),需要将CPU停机,然后下载,操作过程如下所示。
图10 下载Dongle时,需要CPU停机
图11 从站驱动下载后结果
4.2.4 CP341做Modbus从站的编程
从Step7 软件下的EXAMPLE目录中,找到项目名“zXX21_05_PtP_Com_MODSL”的项目,打开,然后将Modbus通讯模块FB80传递到用户项目中,打开路径如下所示。
图12 Modbus Slave 例程打开路径
OB1中调用FB80编程如下:
图13 FB80程序块调用
CP卡初始化正常后,CP_START,CP_START_FM和CP_START_OK为1信号,否则CP_START_ERROR为1,同时可以从ERROR_NR察看错误信息,也可以在硬件组态中在线后的CP341的诊断缓冲区察看详细的错误信息,错误信息对照和处理方式可以参考
《S7-300以用于PtP CP Modbus 协议RTU格式S7的可装载驱动程序为从站》的手册。
FB80的各参数含义如下
LADDR | 硬件组态中CP341的起始逻辑地址,本例中为256 |
START_TIMER | 初始化超时定时器,本例中为T120 |
START_TIME | 初始化定时器时间,本例中为5S |
OB_MASK | I/O访问错误屏蔽位,本例中为True(I/O访问错误已屏蔽) |
CP_START | FB初始化使能位,本例中为M0.0 |
CP_START_FM | CP_START 初始化的上升沿位,本例中为M0.1 |
CP_NDR | 从CP卡写操作位,本例中为m0.2 |
CP_START_OK | 初始化完成且无错误,本例中为M0.3 |
CP_START_ERROR | 初始化完成,但有错误,本例中为M0.4 |
ERROR_NR | 错误号,本例中为MW2 |
ERROR_INFO | 错误信息,本例中为MW4 |
表5
5. 通讯测试
Modbus RTU格式通信协议是以主从的方式进行数据传输的,在传输的过程中主站是主动方,即主站发送数据请求报文到从站,从站返回响应报文。Modbus 系统间的数据交换是通过功能码来控制的,以下对现场常用的功能码进行分类测试,关于功能码的详细信息请参考手册。
5.1 FC01/05/15功能码
CP341从站的通讯区域配置
图14 FC01/05/15 参数组态界面
FC01、FC05、FC15对应的数据区为位输出,数据的传递以位为单位,可以读写操作,用户地址区为0xxxx,Modbus地址在信息传递中从0开始。如上图,左边为信息传递地址(地址区不能冲突),右边对应的是S7-300的数据区。例如左边信息传递地址从0 ~ 7对应用户地址区为00001 ~ 00008,对应S7-300的M10.0 ~ M10.7,并且以此为例说明FC01功能码的通讯。
S7-200主站程序调用
图15 功能码FC01使用
S7-200主站,用功能码FC01读取从站8点数字量输出,接收的数据存放在VB2000开始的区域,测试截图结果如下。
图16 FC01功能码数据交换
5.2 FC02功能码
CP341从站的通讯区域配置
图17 FC02 参数组态界面
FC02对应的数据区为位输出,数据的传递以位为单位,只读操作,用户地址区为1xxxx,Modbus地址在信息传递中从0开始,如上图,左边为信息传递地址(地址区不能冲突),右边对应的是S7-300的数据区。例如左边信息传递地址从0 ~ 7对应用户地址区为10001 ~ 10008,对应S7-300的M20.0 ~ M20.7,并且以此为例说明FC02功能码的通讯。
S7-200主站程序调用
下列 S7-300 CPU 支持系统功能 SFC103:
CPU 订货号 备注
CPU313C-2 DP 6ES7313-6CF03-0AB0 自固件版本 V2.6 起
CPU313C-2 DP 6ES7313-6CG04-0AB0
CPU314C-2 DP 6ES7314-6CG03-0AB0 自固件版本 V2.6 起
CPU314C-2 DP 6ES7314-6CH04-0AB0
CPU314C-2 PN/DP 6ES7314-6EH04-0AB0
CPU315-2 DP 6ES7315-2AG10-0AB0 自固件版本 V2.6 起
CPU315-2 DP 6ES7315-2AH14-0AB0
CPU315-2 PN/DP 6ES7315-2EH13-0AB0 自固件版本 V2.5 起
CPU315-2 PN/DP 6ES7315-2EH14-0AB0
CPU315F-2 DP 6ES7315-6FF01-0AB0 自固件版本 V2.6 起
CPU315F-2 DP 6ES7315-6FF04-0AB0
CPU315F-2 PN/DP 6ES7315-2FH13-0AB0 自固件版本 V2.5 起
CPU315F-2 PN/DP 6ES7315-2FJ14-0AB0
CPU315T-2 DP 6ES7315-6TH13-0AB0
CPU315T-3 PN/DP 6ES7315-7TJ10-0AB0
CPU317-2 DP 6ES7317-2AJ10-0AB0 自固件版本 V2.5 起
CPU317-2 DP 6ES7317-2AK14-0AB0
CPU317-2 PN/DP 6ES7317-2EK13-0AB0 自固件版本 V2.5 起
CPU317-2 PN/DP 6ES7317-2EK14-0AB0
CPU317F-2 DP 6ES7317-6FF03-0AB0 自固件版本 V2.5 起
CPU317F-2 DP 6ES7317-6FF04-0AB0
CPU317F-2 PN/DP 6ES7317-2FK13-0AB0 自固件版本 V2.5 起
CPU317F-2 PN/DP 6ES7317-2FK14-0AB0
CPU317T-2 DP 6ES7317-6TK13-0AB0
CPU317T-3 PN/DP 6ES7317-7TK10-0AB0
CPU319-3 PN/DP 6ES7318-3EL00-0AB0
CPU319-3 PN/DP 6ES7318-3EL01-0AB0
CPU319F-3 PN/DP 6ES7318-3FL00-0AB0
CPU319F-3 PN/DP 6ES7318-3FL01-0AB0
表 03
如果不想通过 CPU 触发拓扑诊断,而是希望完全从诊断中继器中获取诊断数据,则需要调用系统功能 SFC59 "RD_REC" 或者系统功能块 SFB52 "RDREC" 来读取数据记录。
下列 S7-400 CPU 支持系统功能 SFC103:
CPUs 订货号 Note
CPU 412-1 6ES7412-1XF03-0AB0 自固件版本 V3.1 起
CPU 412-1 6ES7412-1XF04-0AB0
CPU 412-1 6ES7412-1XJ05-0AB0
CPU 412-2 DP 6ES7412-2XG00-0AB0 自固件版本 V3.1 起
CPU 412-2 DP 6ES7412-2XG04-0AB0
CPU 412-2 DP 6ES7412-2XJ05-0AB0
CPU 412-2 PN 6ES7412-2EK06-0AB0
CPU 412-2 PCI 6ES7673-2CC02-0YA0 V3.4
CPU 412-2 PCI 6ES7673-2CC40-0YA0 V4.0
CPU 414-2 DP 6ES7414-2XG03-0AB0 自固件版本 V3.1 起
CPU 414-2 DP 6ES7414-2XG04-0AB0
CPU 414-2 DP 6ES7414-2XK05-0AB0
CPU 414-3 DP 6ES7414-3XJ00-0AB0 自固件版本 V3.1 起
CPU 414-3 DP 6ES7414-3XJ04-0AB0
CPU 414-3 DP 6ES7414-3XM05-0AB0
CPU 414-3 PN/DP 6ES7414-3EM05-0AB0
CPU 414-3 PN/DP 6ES7414-3XM06-0AB0
CPU 414F-3 PN/DP 6ES7414-3FM06-0AB0
CPU 414-4 H 6ES7414-4HJ00-0AB0
CPU 416-2 DP 6ES7416-2XK02-0AB0 自固件版本 V3.1 起
CPU 416-2 DP 6ES7416-2XK04-0AB0
CPU 416-2 DP 6ES7416-2XN05-0AB0
CPU 416F-2 DP 6ES7416-2FK04-0AB0
CPU 416F-2 DP 6ES7416-2FN05-0AB0
CPU 416-2 PCI 6ES7673-6CC22-0YA0 V3.4
CPU 416-2 PCI 6ES7673-6CC40-0YA0 V4.0
CPU 416-3 DP 6ES7416-3XL00-0AB0 自固件版本 V3.1 起
CPU 416-3 DP 6ES7416-3XL04-0AB0
CPU 416-3 DP 6ES7416-3XR05-0AB0
CPU 416-3 PN/DP 6ES7416-3ER05-0AB0
CPU 416-3 PN/DP 6ES7416-3ES06-0AB0
CPU 416F-3 PN/DP 6ES7416-3FR05-0AB0
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