西門(mén)子S7-200與變頻器MODBUS通訊實(shí)例詳解

西門(mén)子S7-200PLC簡(jiǎn)介，西門(mén)子plc s7-200

西門(mén)子S7-200PLC在實(shí)時(shí)模式下具有速度快，具有通訊功能和較高的生產(chǎn)力的特點(diǎn)。一致的模塊化設(shè)計(jì)促進(jìn)了低性能定制產(chǎn)品的創(chuàng)造和可擴(kuò)展性的解決方案。來(lái)自西門(mén)子的S7 - 200微型PLC可以被當(dāng)作獨(dú)立的微型PLC解決方案或與其他控制器相結(jié)合使用。

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Modbus通訊協(xié)議簡(jiǎn)介

Modbus是由Modicon(現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個(gè)品牌)在1979年發(fā)明的，是全球第一個(gè)真正用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的總線協(xié)議。

ModBus網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)工業(yè)通信系統(tǒng)，由帶智能終端的可編程序控制器和計(jì)算機(jī)通過(guò)公用線路或局部專用線路連接而成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既包括硬件、亦包括軟件。它可應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)采集和過(guò)程監(jiān)控。

ModBus網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)主機(jī)，所有通信都由他發(fā)出。網(wǎng)絡(luò)可支持247個(gè)之多的遠(yuǎn)程從屬控制器，但實(shí)際所支持的從機(jī)數(shù)要由所用通信設(shè)備決定。采用這個(gè)系統(tǒng)，各PC可以和中心主機(jī)交換信息而不影響各PC執(zhí)行本身的控制任務(wù)。

1 MODBUS RTU協(xié)議在S7-200中的應(yīng)用原理

1.1 MODBUS RTU協(xié)議與S7-200相互關(guān)系簡(jiǎn)介

S7-200 CPU上的通訊口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的自由口通訊模式實(shí)現(xiàn)，因此可以通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)電臺(tái)等慢速通訊設(shè)備傳輸。

想在S7-200 CPU與其他支持MODBUS RTU的設(shè)備使用MODBUS RTU協(xié)議通訊，需要由有S7-200 CPU做MODBUS主站。S7-200 CPU做主站必須由用戶自己用自由口模式，按相關(guān)協(xié)議編程。

2 從站指令的用法：

S7-200控制系統(tǒng)應(yīng)用中，MODBUS RTU從站指令庫(kù)只支持CPU上的通訊0口(Port0)。要實(shí)現(xiàn)MODBUS RTU通訊，需要Step7-Micro/WIN32 V3.2以上版本的編程軟件，而且須安裝Step7-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協(xié)議在S7-200中應(yīng)用的基本過(guò)程

(1) 首先檢查S7-200控制系統(tǒng)中所用Micro/WIN軟件版本，應(yīng)當(dāng)是Step7-Micro/WIN V3.2以上版本。

(2) 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 Instruction Library(指令庫(kù))軟件包

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)用研究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。

調(diào)用MODBUS通訊指令庫(kù)

參數(shù)意義如下:

●模式選擇:啟動(dòng)/停止MODBUS，1=啟動(dòng);0=停止;

● 從站地址:MODBUS從站址，取值1~247;

● 波特率:可選1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600;

● 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:參與通訊的最大I/O點(diǎn)數(shù)，S7-200I/O映像區(qū)為128/128，缺省值為128;

● 最大AI字?jǐn)?shù):參與通訊的最大AI通道數(shù)，可為16或32;

● 最大保持寄存器區(qū):參與通訊的V存儲(chǔ)區(qū)字(VW);● 保持寄存器區(qū)起始址: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;

● 錯(cuò)誤代碼:0=無(wú)錯(cuò)誤。

1.3 注意的問(wèn)題

調(diào)用Step7-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)子程序和中斷程序所要用到變量存儲(chǔ)空間。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。

由子程序參數(shù)HoldStart和MaxHold指定保持寄存器區(qū)，是S7-200 CPUV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，否則運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，不能正常通訊。注意MODBUS 中保持寄存器區(qū)按“字”尋址，即MaxHold規(guī)定是VW而VB個(gè)數(shù)。

3 主站指令的用法：

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：

安裝西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)指令庫(kù)

按照要求編寫(xiě)用戶程序調(diào)用 MODBUS RTU 主站指令庫(kù)

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：

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；

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 選擇讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)類型

數(shù)據(jù)地址： 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

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)。

西門(mén)子 S7200 PLC MODBUS支持的功能碼

例 國(guó)產(chǎn)精驅(qū)變頻器與S7200 CPU224XP PLC通訊

(1)設(shè)置變頻器的通訊參數(shù)

硬件接線

S7-200通訊口1

第3腳-----RS485+ 第8腳----RS485-

(3) 初始化程序

變頻器的控制地址，因?yàn)樽冾l器控制地址為2000H，所以換位10進(jìn)制為8192，MUDBUS地址40001開(kāi)頭，需要加1，控制地址為8193，功能碼4為讀寫(xiě)寄存器，因?yàn)閱?/P>

動(dòng)變頻器的控制命令為17，所以傳送17到VW200則啟動(dòng)變頻器

(5 ) 設(shè)置變頻器的給定頻率

變頻器的通信控制字節(jié)

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西門(mén)子通訊MUDBUS協(xié)議在工控上使用最廣泛的一種協(xié)議，具備以下幾個(gè)特點(diǎn)

1 )使用簡(jiǎn)單，利用MUDBUS庫(kù)文件簡(jiǎn)單的幾條指令就能實(shí)現(xiàn)與智能儀表，變頻器，打印機(jī)等設(shè)備進(jìn)行通訊，且無(wú)需加其他硬件上的成本MODBUS總線廣泛應(yīng)用于儀器儀表、智能高低壓電器、變送器、可編程控制器、人機(jī)界面、變頻器、現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備等諸多領(lǐng)域。MODBUS與其他的現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)相比有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn):

2)標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)放:用戶可以免費(fèi)放心的使用

MODBUS協(xié)議，不用繳納許可費(fèi)用，不會(huì)涉及侵犯知識(shí)產(chǎn)權(quán)。目前支持MODBUS的廠一家超過(guò)400家，支持MODBUS的產(chǎn)品超過(guò)600種。在中國(guó)，MODBUS已經(jīng)成為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19582-2008。據(jù)不完全統(tǒng) 計(jì)：截止到2007年MODBUS的節(jié)點(diǎn)安裝數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了1000萬(wàn)個(gè)。

3)應(yīng)用廣泛：凡MODBUS協(xié)議設(shè)備具有RS232/485接口的都可以使用本產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS的互連。如：具有MODBUS協(xié)議接口的變頻器、智能高低壓電器、電機(jī)啟動(dòng)保護(hù)裝置、電量測(cè)量裝置、智能現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量設(shè)備、各種變送器及儀表等。

4)MODBUS可以支持較多類型的電氣接口：MODBUS 總線協(xié)議采用主站查詢從站的方式，物理接口可以是RS232、RS485、RS422、RJ45，還可以在各種介質(zhì)上傳送，如雙絞線、光纖、無(wú)線射頻等.

5)MODBUS的幀格式較為簡(jiǎn)單、緊湊，格式規(guī)范，易于傳輸，通俗易懂。用戶使用容易，廠商開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單。用戶不必了解PROFIBUS和MODBUS技術(shù)細(xì)節(jié)，只需參考說(shuō)明手冊(cè)及提供的應(yīng)用實(shí)例，按要求完成配置，不需要復(fù)雜的編程，即可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的連接通信。

6)透明通信：用戶可以依照PROFIBUS通信數(shù)據(jù)區(qū)和MODBUS通信數(shù)據(jù)區(qū)的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)PROFIBUS到MODBUS之間的數(shù)據(jù)透明通信。

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