博途Modbus RTU通信如何實(shí)現(xiàn)？

TIA V13 SP1版本軟件中提供了2個(gè)版本的Modbus RTU指令：

圖1. 兩個(gè)版本Modbus RTU指令

早期版本的Modbus RTU指令（圖1. 中 MODBUS (V2.2)）僅可通過(guò)CM1241通信模塊或CB1241通信板進(jìn)行Modbus RTU通信。

新版本的 Modbus RTU指令（圖1. 中 MODBUS(RTU) V3.0）擴(kuò)展了Modbus RTU的功能，該指令除了支持CM1241通信模塊、CB1241通信板，還支持 PROFINET 或 PROFIBUS 分布式 I/O 機(jī)架上的PTP通信模塊實(shí)現(xiàn)Modbus RTU通信。

新版本 Modbus RTU指令所支持的PTP模塊如下圖2.所示：

圖2. 新版本 Modbus RTU指令所支持的PTP模塊 新版本Modbus RTU指令的使用

新版本Modbus RTU指令中包含Modbus RTU 主站指令和從站指令。本文以 CPU1217C+CM1241 RS422/485+ET200SP CM PTP 模塊為例，介紹新版本 Modbus RTU 指令主從通信的編程步驟。

其中CPU 機(jī)架CM1241 RS422/485作為Modbus RTU從站，分布式機(jī)架ET200SP 中 CMPTP 模塊作為Modbus RTU主站。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下：

圖3. Modubus RTU 網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)圖本項(xiàng)目中使用到的硬件和軟件如下:

硬件：

① CPU1217C (訂貨號(hào)：6ES7 217-1AG40-0XB0)，固件版本V4.1.3

② CM1241 RS422/485模塊 (訂貨號(hào)：6ES7 241-1CH32-0XB0)，固件版本V2.1

③ 24V 電源PS307（訂貨號(hào)：6ES7307-1KA02-0AA0）

④ ET200 SP IM155-6PN HF（訂貨號(hào)：6ES7155-6AU00-0CN0）

⑤ CM PTP模塊（訂貨號(hào)：6ES7137-6AA00-0BA0）

軟件：

① TIA V13 SP1 UP 9

1.設(shè)備組態(tài)

a.組態(tài)CM1241 RS422/485模塊

打開(kāi)設(shè)備視圖，添加S7-1200CPU，并在硬件目錄里找到“通信模塊”→“點(diǎn)到點(diǎn)”→“CM1241(RS422/485)”，拖拽此模塊至CPU左側(cè)即可，如下圖4.所示：

圖4. 添加 CM 1241 RS422/485模塊

注意：

固件版本>=V2.1的CM 1241 RS422/485模塊，才支持新版本Modbus RTU指令。

接下來(lái)，在“設(shè)備視圖”中用鼠標(biāo)選中CM1241(RS422/485)模塊，在“屬性”→“端口組態(tài)”中配置此模塊硬件接口參數(shù)，

本例以傳輸率=9.6Kbps，奇偶校驗(yàn)=無(wú)奇偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位=8位字符，停止位=1為例。如CM 1241 端口組態(tài)設(shè)置如下圖5.所示：

圖5. CM1241 RS422/485 模塊端口組態(tài)

最后在“硬件標(biāo)識(shí)符”里確認(rèn)一下硬件標(biāo)識(shí)符為269（該參數(shù)在程序編程中會(huì)被使用），如下圖6.所示：

圖6 硬件標(biāo)識(shí)符

另外，S7-1200 還提供了系統(tǒng)和時(shí)鐘存儲(chǔ)器功能，為了便于后續(xù)指令，建議使能該功能。在CPU “屬性”→“常規(guī)”→“系統(tǒng)和時(shí)鐘存儲(chǔ)器”使能系統(tǒng)和時(shí)鐘存儲(chǔ)器功能，如圖7. 所示。

圖7. 系統(tǒng)和時(shí)鐘存儲(chǔ)器功能

b.組態(tài)ET200 SP CM PtP 模塊

(1)、插入一個(gè)ET200SP分布式站點(diǎn)。

打開(kāi)網(wǎng)絡(luò)視圖并拖入一個(gè)ET200SP站點(diǎn)，并將其分配給相應(yīng)的IO 控制器（本例CPU1217C 為 IO 控制器），如圖8.所示。

圖8. 插入ET200SP站點(diǎn)

(2)、組態(tài)ET200SP 站點(diǎn)。

在ET200SP的"設(shè)備視圖"環(huán)境下，為ET200SP 站點(diǎn)添加信號(hào)、通信模塊和服務(wù)器模塊，在本例中只添加了CM PTP模塊和服務(wù)器模塊。

注意：

ET200SP站點(diǎn)中，服務(wù)器模塊是必須組態(tài)的。服務(wù)器模塊隨接口模塊一起采購(gòu)，無(wú)需單獨(dú)購(gòu)買。

ET200SP接口模塊需要為其分配IP地址和Device Name， 有關(guān)ET200 SP 分布式IO 組態(tài)詳細(xì)步驟，請(qǐng)參考《ET200 SP 使用快速入門》，本例不再描述Profinet IO通信的相關(guān)設(shè)置與步驟。

在ET200SP"設(shè)備視圖"中用鼠標(biāo)選中CM PTP，在“屬性”→“常規(guī)”→“接口”→“操作模式”中配置此模塊硬件接口參數(shù)，

本例設(shè)定“指定工作模式"："半雙工（RS485）2線制操作"；"接收線路的初始狀態(tài)"："無(wú)"。如下圖9.所示：

圖9. CM PTP 操作模式

接下來(lái)，在“屬性”→“常規(guī)”→“接口”→“端口組態(tài)”中配置此模塊端口組態(tài)參數(shù)，

本例設(shè)定"協(xié)議"："Freeport/Modbus"；"端口參數(shù)"設(shè)置：傳輸率=9.6Kbps，奇偶校驗(yàn)=無(wú)奇偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位=8位字符，停止位=1為例。端口組態(tài)設(shè)置如下圖10.所示：

圖10. CM PTP 端口組態(tài)

最后需要在“硬件標(biāo)識(shí)符”里確認(rèn)一下CM PTP 模塊硬件標(biāo)識(shí)符，該參數(shù)在程序編程中會(huì)被使用。

2.軟件編程

a.Modbus RTU 主站編程

Modbus RTU主站編程需要調(diào)用Modbus_Comm_Load 指令和Modbus_Master 指令，其中Modbus_Comm_Load 指令通過(guò) Modbus RTU 協(xié)議對(duì)通信模塊進(jìn)行組態(tài)，Modbus_Master 指令可通過(guò)由 Modbus_Comm_Load 指令組態(tài)的端口作為 Modbus 主站進(jìn)行通信， Modbus_Comm_Load 指令的 MB_DB 參數(shù)必須連接到 Modbus_Master 指令的（靜態(tài)）MB_DB 參數(shù)。

本例中分布式機(jī)架ET200SP 中 CM PTP 模塊作為Modbus RTU主站，其相關(guān)編程步驟如下：

(1)、OB1 中插入一個(gè)FC函數(shù)，并在函數(shù)中拖入Modbus_Comm_Load 指令和Modbus_Master 指令。如圖11. 所示

圖11. 拖入Modbus RTU 主站指令

Modbus_Comm_Load指令各參數(shù)意義如下表1所示：

表1 MB_COMM_LOAD指令參數(shù)意義

Modbus_Master指令各參數(shù)意義如下表2所示：

表2 Modbus_Master指令參數(shù)意義

注意：

①M(fèi)odbus_Comm_Load指令不建議在啟動(dòng)組織塊OB100中調(diào)用，建議在OB1中調(diào)用。Modbus_Comm_Load指令在OB1中調(diào)用時(shí)，其輸入位“REQ”需使用上升沿觸發(fā)，本例中該輸入位采用 “FirstScan” 系統(tǒng)存儲(chǔ)器位。

②Modbus_Comm_Load指令背景數(shù)據(jù)塊中的靜態(tài)變量“MODE”用于描述PTP模塊的工作模式，有效的工作模式包括：

0 = 全雙工 (RS232)

1 = 全雙工 (RS422) 四線制模式（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）

2 = 全全雙工 (RS 422) 四線制模式（多點(diǎn)主站，CM PtP (ET 200SP)）

3 = 全全雙工 (RS 422) 四線制模式（多點(diǎn)從站，CM PtP (ET 200SP)）

4 = 半雙工 (RS485) 二線制模式

該靜態(tài)變量“MODE”默認(rèn)數(shù)據(jù)為0（RS232 全雙工模式），需要根據(jù)CM PTP模塊實(shí)際組態(tài)修改該數(shù)值，本例中CM PTP模塊工作在RS485半雙工模式需要將該數(shù)值修改為4，如圖12.所示。

圖12. Modbus_Comm_Load背景數(shù)據(jù)塊靜態(tài)變量“MODE”修改為4

③Modbus_Master指令的“DATA_PTR”參數(shù)用于指向要進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)入或數(shù)據(jù)讀取的數(shù)據(jù)區(qū)域地址，該數(shù)據(jù)區(qū)域支持優(yōu)化訪問(wèn)的數(shù)據(jù)塊或者非優(yōu)化（標(biāo)準(zhǔn)的）數(shù)據(jù)塊，建議采用非優(yōu)化訪問(wèn)的數(shù)據(jù)塊。

本例中使用的數(shù)據(jù)區(qū)為非優(yōu)化訪問(wèn)的數(shù)據(jù)塊，在數(shù)據(jù)塊的屬性中取消“優(yōu)化的塊訪問(wèn)”即可將數(shù)據(jù)塊修改為非優(yōu)化訪問(wèn)的數(shù)據(jù)塊（鼠標(biāo)右鍵數(shù)據(jù)塊，選擇“屬性”，取消“優(yōu)化的塊訪問(wèn)”），如圖13. 所示。

圖13. 設(shè)置數(shù)據(jù)塊為非優(yōu)化訪問(wèn)

當(dāng)Modbus_Master指令的“DATA_PTR”指向非優(yōu)化訪問(wèn)的數(shù)據(jù)塊時(shí)，該輸入?yún)?shù)需要使用指針?lè)绞教顚?xiě)如P#DB3.DBX0.0 WORD 5 方式填寫(xiě)。

④當(dāng)Modbus RTU網(wǎng)絡(luò)中存在多個(gè)modbus RTU從站或一個(gè)modbus RTU從站同時(shí)需要讀操作和寫(xiě)操作，則需要調(diào)用多個(gè)Modbus_Master指令，Modbus_Master指令之間需要采用輪詢方式調(diào)用。

下圖14. 用于描述兩個(gè)Modbus_Master指令輪詢調(diào)用的方式。

圖14.Modbus_Master輪詢調(diào)用方式

(2)、插入"Pull or plug of modules" 中斷OB83。

本例中Modbus RTU主站模塊安裝在分布式IO站點(diǎn)上，因此程序中需要考慮分布式IO站點(diǎn)故障、CM PTP 模塊插拔模塊等故障。

分布式IO站點(diǎn)中插出、拔入模塊時(shí)，操作系統(tǒng)都會(huì)調(diào)用一次OB83。通過(guò)OB83接口區(qū)的輸入變量“16#Event_Class”判斷故障的模塊和類型：事件類型16#39表示模塊被拔出，事件類型16#38表示模塊被插入。

CM PTP 模塊被重新插入的時(shí)候，需要在中斷OB83中調(diào)用Modbus_Comm_Load 指令對(duì)通信模塊進(jìn)行重新組態(tài)，如圖15. 所示。

圖15. OB83中再次調(diào)用Modbus_Comm_Load 指令

注意：

①OB83 中調(diào)用Modbus_Comm_Load指令的背景數(shù)據(jù)塊需要與OB1中調(diào)用的Modbus_Comm_Load指令的背景數(shù)據(jù)塊相同。

②CM PTP模塊的硬件標(biāo)識(shí)符也可以在"PLC變量"--->"系統(tǒng)常數(shù)"中查詢，如圖16. 所示。

圖16. 系統(tǒng)常量

(3)、插入"Rack or Station failure" 中斷OB86。

分布式IO站點(diǎn)故障和恢復(fù)時(shí)，操作系統(tǒng)都會(huì)調(diào)用一次OB86。通過(guò)OB86接口區(qū)的輸入變量“16#Event_Class”判斷故障的模塊和類型：事件類型16#39表示站點(diǎn)故障，事件類型16#38表示站點(diǎn)恢復(fù)。

CM PTP 模塊所在的IO站點(diǎn)恢復(fù)時(shí)，需要在中斷OB86中調(diào)用Modbus_Comm_Load 指令對(duì)通信模塊進(jìn)行重新組態(tài)，如圖17. 所示。

圖17. OB86中調(diào)用Modbus_Comm_Load 指令

注意：

①OB86 中調(diào)用Modbus_Comm_Load指令的背景數(shù)據(jù)塊需要與OB1中調(diào)用的Modbus_Comm_Load指令的背景數(shù)據(jù)塊相同。

②分布式IO 站點(diǎn)的硬件標(biāo)識(shí)符也可以在"PLC變量"--->"系統(tǒng)常數(shù)"中查詢。

b.Modbus RTU 從站編程

Modbus RTU從站編程需要調(diào)用Modbus_Comm_Load 指令和Modbus_Slave 指令，其中Modbus_Comm_Load 指令通過(guò) Modbus RTU 協(xié)議對(duì)通信模塊進(jìn)行組態(tài)，Modbus_Slave 指令可通過(guò)由 Modbus_Comm_Load 指令組態(tài)的端口作為 Modbus 從站進(jìn)行通信， Modbus_Comm_Load 指令的 MB_DB 參數(shù)必須連接到 Modbus_Slaver 指令的（靜態(tài)）MB_DB 參數(shù)。

本例中CPU 機(jī)架CM1241 RS422/485作為Modbus RTU從站，其相關(guān)編程步驟如下：

OB1 中插入一個(gè)FC函數(shù)，并在函數(shù)中拖入Modbus_Comm_Load 指令和Modbus_Slave 指令。如圖18. 所示

圖18. 拖入Modbus RTU 從站指令

Modbus_Slave指令各參數(shù)意義如下表3所示：

表3 Modbus_Slave指令參數(shù)意義

注意：

①M(fèi)odbus_Comm_Load指令不建議在啟動(dòng)組織塊OB100中調(diào)用，建議在OB1中調(diào)用。Modbus_Comm_Load指令在OB1中調(diào)用時(shí)，其輸入位“REQ”需使用上升沿觸發(fā)，本例中該輸入位采用 “FirstScan” 系統(tǒng)存儲(chǔ)器位。

②Modbus_Comm_Load指令背景數(shù)據(jù)塊中的靜態(tài)變量“MODE”用于描述PTP模塊的工作模式，有效的工作模式包括：

0 = 全雙工 (RS232)

1 = 全雙工 (RS422) 四線制模式（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）

2 = 全全雙工 (RS 422) 四線制模式（多點(diǎn)主站，CM PtP (ET 200SP)）

3 = 全全雙工 (RS 422) 四線制模式（多點(diǎn)從站，CM PtP (ET 200SP)）

4 = 半雙工 (RS485) 二線制模式

該靜態(tài)變量“MODE”默認(rèn)數(shù)據(jù)為0（RS232 全雙工模式），需要根據(jù)CM1241 RS422/485模塊實(shí)際組態(tài)修改該數(shù)值，本例中CM1241 RS422/485模塊工作在RS485半雙工模式需要將該數(shù)值修改為4，如何修改“MODE”靜態(tài)變量見(jiàn)圖12.所示。③Modbus_Slave指令的“MB_HOLD_REG”用于指向Modbus 保持寄存器的數(shù)據(jù)區(qū)域地址，該數(shù)據(jù)區(qū)域支持優(yōu)化訪問(wèn)的數(shù)據(jù)塊或者非優(yōu)化（標(biāo)準(zhǔn)的）數(shù)據(jù)塊，建議采用非優(yōu)化訪問(wèn)的數(shù)據(jù)塊。

本例中使用的數(shù)據(jù)區(qū)為非優(yōu)化訪問(wèn)的數(shù)據(jù)塊，固該輸入?yún)?shù)需要使用指針?lè)绞教顚?xiě)如P#DB6.DBX0.0 WORD 100 方式填寫(xiě)。

如何在數(shù)據(jù)塊的屬性中取消“優(yōu)化的塊訪問(wèn)”，見(jiàn)圖13. 所示。

將程序下載到PLC中，并使用Profibus DP通信電纜將CM1241 RS422/485與CM PTP串口模塊連接起來(lái)，即可測(cè)試Modbus RTU通信了。

3.常見(jiàn)問(wèn)題FAQ

1. 新版本 Modbus RTU指令的使用是否存在些限制條件?

新版本 Modbus RTU指令通過(guò)CM1241通信模塊或CB1241通信板進(jìn)行Modbus RTU通信時(shí)，需要滿足如下條件：

a. S7-1200 CPU 的固件版本不能低于V4.1；

b. CM1241通信模塊或CB1241通信板的固件不能低于V2.1。

S7-1200 V4.0 固件CPU可以通過(guò)固件更新到V4.1版本，V2.0固件的CM1241通信模塊也可以通過(guò)固件更新的方式更新到V2.1版本。

相關(guān)固件更新的方法請(qǐng)參考 S7-1200 固件更新 。

2 .Modbus_Comm_Load指令背景數(shù)據(jù)塊中的靜態(tài)變量“MODE”的作用是什么?為什么一般項(xiàng)目中，都需要對(duì)該變量進(jìn)行修改？

新版本的 Modbus RTU指令擴(kuò)展了Modbus RTU的功能，該指令除了支持CM1241通信模塊、CB1241通信板還支持 PROFINET 或 PROFIBUS 分布式 I/O 機(jī)架上的PTP通信模塊實(shí)現(xiàn)Modbus RTU通信。

而分布式 I/O 機(jī)架上的PTP通信模塊可以支持多種工作模式，以ET200SP CM PtP模塊（訂貨號(hào)：6ES7137-6AA00-0BA0）為例，其可以支持RS232、RS485以及RS422等多種工作模式。

Modbus_Comm_Load指令背景數(shù)據(jù)塊中的靜態(tài)變量“MODE”則用于定義PTP模塊的工作模式。

“MODE”的默認(rèn)數(shù)值為0，代表“全雙工 (RS232)”工作模式，實(shí)際項(xiàng)目組態(tài)中則需要根據(jù)實(shí)際工作模式對(duì)該變量進(jìn)行修改。

3. Modbus_Comm_Load指令能否在啟動(dòng)組織塊OB100中調(diào)用?

Modbus_Comm_Load指令不建議在啟動(dòng)組織塊OB100中調(diào)用。新版本的Modbus RTU指令擴(kuò)展了Modbus RTU的功能，該指令支持 PROFINET 或 PROFIBUS 分布式 I/O 機(jī)架上的PtP通信模塊實(shí)現(xiàn)Modbus RTU通信。

操作系統(tǒng)需要調(diào)用讀取數(shù)據(jù)記錄和寫(xiě)入數(shù)據(jù)記錄等指令來(lái)實(shí)現(xiàn)與分布式I/O機(jī)架上PtP模塊的Modbus RTU通信。讀取數(shù)據(jù)記錄和寫(xiě)入數(shù)據(jù)記錄指令為異步讀寫(xiě)指令，指令的執(zhí)行需要N個(gè)掃描周期，所以不建議Modbus_Comm_Load指令在啟動(dòng)組織塊OB100中調(diào)用。

4. 如何查詢Modbus RTU通信錯(cuò)誤時(shí)的錯(cuò)誤代碼?

以Modbus_Master指令為例，當(dāng)通信出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，Modbus_Master指令的“ERROR”輸出位將變?yōu)?TRUE 但是只保持一個(gè)掃描周期，所以通過(guò)TIA 軟件程序監(jiān)控時(shí)無(wú)法查詢到錯(cuò)誤。

Modbus_Master指令“STATUS” 參數(shù)中的錯(cuò)誤代碼僅在“ERROR” = TRUE 的掃描周期內(nèi)有效，為了獲取了Modbus RTU通信錯(cuò)誤的錯(cuò)誤代碼我們可以采用下圖19. 方式編程。

圖19. 獲取STATUS