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自动化工程师:西门子S7-1500PLC干货,学好Modbus-RTU必备实例
荣久学院 ● 2019-02-10 14:57:21

    此次讲解以示例项目为例,主要阐述关于SIEMENS S7-1500PLC 实现 Modbus-RTU 通信的配置步骤、程序编写及注意事项,详细的系统配置如下图 。


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图 1 实例系统构成

     

    该实例中, Modbus-RTU 主站为安装在 S7-1500 主机架上的 CM PtPRS422/485 HF ,Modbus-RTU 从站模块(站地址为 2)为安装在 ET 200SP 分布式 IO 上的 CM PtP ,接口类型为 RS485 ,通信波特率为 9600bit/s ,无奇偶校验。


    该实例所用的软件及硬件


    SIMATIC 部件


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    硬件组态步骤

     

    按照系统配置图,首先组态 S7-1516 CPU 主机架,在主机架上配置点对点通信模块,并将该模块的协议设置为 “Modbus ”,如下图 2 。


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图 2 S7-1500 CPU 主机架点对点通信模块组态

     

    然后激活 CPU 的“系统和时钟存贮器功能”,如下图 3 。(本例程中使用了CPU 首次扫描位来实现 Modbus 的初始化,使用 CPU 的时钟信号来控制发送频率,该方法供参考。)


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图 3 激活 CPU 的系统和时钟存储器

     

    然后组态 ET 200SP 分布式 IO 站,并在该分布式 IO 上组态点对点通信模块,并将该模块的通信协议设置为 “Modbus ”,如下图 4。


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    图 4 ET200 SP 分布式 IO 站点对点模块组态,至此硬件配置已完成。

     

    软件编写

     

    S7-1500 实现 Modbus-RTU 功能,需要调用以下指令,见下表 3,其中“Modbus_Comm_Load ”指令用于通信模块的组态, “Modbus_Master ” 指令和“Modbus_Slave ” 指令分别实现 Modbus 主站通信和 Modbus 从站通信“Modbus_Comm_Load ”指令和 “Modbus_Master ”/ “ Modbus_Slave ”指令是通过 “Modbus_Comm_Load ”指令的 “MB_DB ”参数来实现关联的。

     

    表 3. Modbus-RTU 相关指令


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    在此,首先编写 Modbus 主站程序,添加一个新 FB ,将其命名为“ModbusMaster ”,如下图 5。

     

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图 5 添加 Modbus-Master 功能块

     

    在该 FB 中以多重背景方式调用 “Modbus_Comm_Load ”指令,该指令在指令目录下“通信 —〉通信处理器 —〉Modbus (RTU )”下,如下图 6。


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图 6 调用 “Modbus_Comm_Load ”

     

    在该 FB 中以多重背景方式调用 “Modbus_Master ”指令,该指令在指令目录下“通信—〉通信处理器—〉 Modbus (RTU )”下,如下图 7。


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图 7 调用 “Modbus_Master ”指令

     

    然后对 “ Modbus_Comm_Load ”指令进行参数化,由于该指令参数较多,在此只列出必须要关注的参数,如下表 4 所示,其它参数解释见手册或在线帮助。

     

    表 4. Modbus_Comm_Load 主要参数列表


     

    首先要为 “Modbus_Comm_Load ”指令指定端口,即该指令是针对哪个点对点模块进行参数化的。在硬件配置中,每个硬件均有一个硬件标识符,该硬件标识符在硬件属性中可以查看到,如下图 8。


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图 8 在硬件属性中查看模块硬件标识符

     

    同样,该硬件标识符也可以在 “PLC 变量 —〉显示所有变量 —〉系统变量”下可以查看到,如下图 9。


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图 9 PLC 变量表中查看系统常量

     

    所以可以通过如图 10 所示方法,通过拖拽的方式,将 Modbus 主站接口的硬件标识符拖至 “Modbus_Comm_Load ”指令的 “Port”接口参数处,如下图 10。


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图 10 为“ Modbus_Comm_Load ”指定端口

     

    接下来,定义端口的工作模式,本示例中,点对点模块的工作模式为 RS485 ,所以需要将 “Modbus_Comm_Load ”背景数据中静态变量的 “MODE ”参数赋值为 4,赋值既可以通过 “Move ”指令来完成,也可以通过直接修改该静态变量的默认值来实现,本实例使用后一种方法,参见下图 11。


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图 11 定义 Modbus-RTU 主站端口工作模式为 RS485

     

    接下来,通过对 “Modbus_Comm_Load ”指令的 “MD_DB ”参数赋值,将 “Modbus_Comm_Load ”指令与 “Modbus_Master ”指令进行关联,即将 “Modbus_Master ”指令的背景 DB 块中静态变量 “MB_DB ”赋值给 “Modbus_Comm_Load ”指令的 “MD_DB ”,可以通过拖拽的方式来实现,拖拽路径如下图 12。


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    图 12 对“ Modbus_Comm_Load ”指令的 “ MD_DB ”参数赋值除以上操作外,对于 “Modbus_Comm_Load ”指令的 “REQ ”参数,本实例使用 PLC 的首个扫描位来完成。其它参数如波特率,奇偶校验等,请根据实际使用情况对这些参数进行赋值,因本实例波特率为 9600bit/s ,无奇偶校验,所以以上参数使用缺省设置即可。

     

    接下来,对指令 “Modbus_Master ”进行参数设置,该指令主要参数如下表 5所示。

     

    表 5. Modbus_Master 主要参数列表


     

    由于 Modbus 指令读取或写入的数据区必须为指针寻址,所以必须是有绝对地址的区域方可访问,而 S7-1500 创建的 DB 块缺省为优化的 DB 块,变量没有绝对地址,无法直接使用。本例中我们创建 DB 块,并在该 DB 块内创建一个名为 “M_Data ”的数组,类型为 WORD ,长度为 100 ,即创建了 100 个字的存储空间。然后在该 DB 块点右键,在属性中将“优化的块访问”前的勾去掉,重新编译该 DB 块,该 DB 块就会生成,可以看到每个变量都有偏移地址了,如下图 13。


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图 13 创建一个标准 DB 块

     

    根据下表 6 所示的 Modbus 功能码,本实例需要 Modbus 主站读取 Modbus 从站保持寄存器从起始地址开始的 10 个字的内容到创建的 “Master_Data ”中,即 Modbus 功能码 03 的功能:


    表 6. Modbus 功能码的选择



    根据以上要求,则 “Modbus_Master ”指令应按如下赋值:

     

    “REQ ”:本实例使用 PLC 时钟信号来完成,即下图中的 M0.5 ;

    “MB_ADDR ”: 2 // 访问的从站地址;

    “MODE ”: 0; // 与“DATA_ADDR ”参数一起决定 Modbus 功能码为 03

    “DATA_ADDR ”:40001 // Modbus 地址

    “DATA_LEN ”: 10 // 数据长度为 10 个字

    “DATA_PTR ”:该参数可以通过拖拽的方式,将创建的标准 DB 内的变量 “M_Data ”拖拽到 “DATA_PTR ”处,拖拽路径如下图 14。


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图 14 为“ Modbus_Master ”指令进行参数赋值

     

    接下来,编写 Modbus_RTU 从站程序,参照主站的程序,添加一个新 FB2“Modbus-Slave ”,在该 FB 中以多重背景方式调用“Modbus_Comm_Load ”指令,同样为该指令选择 ET 200SP 的硬件地址,其它通信参数如波特率、奇偶校验等与主站的“Modbus_Comm_Load ”指令相同,如下图 15 。


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图 15 在从站 FB 中调用 “Modbus_Comm_Load ”指令

     

    使用定义主站端口的工作模式相同的方法,将从站点对点模块的工作模式定义为RS485 ,所以需要将 “Modbus_Comm_Load ”背景数据中静态变量的 “MODE”参数赋值为 4,如下图 16。


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图 16 定义 Modbus-RTU 从站端口工作模式为 RS485

     

    然后,以多重背景的方式调用从站指令 “ Modbus_Slave ”指令,并设置Modbus 从站地址为 2,并为从站创建一个标准的 DB 块“Slave Data ”,长度根据实际情况定,本例中在 “Slave Data ”中创建了一个长度为 200 字的数组,并将该变量以拖拽的形式(也可以通过指针 P# 的方式),将该变量填在“Modbus_Slave ”的“MB_HOLD_REG ”参数处,如下图 17。


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图 17 调用 “Modbus_Slave ”指令

     

    然后对 “ Modbus_Comm_Load ”指令的 “ MD_DB ”参数赋值,将 “Modbus_Comm_Load ”指令与 “Modbus_ Slave ”指令进行关联,即将 “Modbus_Slave ”指令的背景 DB 块中静态变量 “ MB_DB ”赋值给 “Modbus_Comm_Load ”指令的 “MD_DB ”,可以通过拖拽的方式来实现,拖拽路径如下图 18。


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    图 18 将“ Modbus_Slave ” 指令和 “Modbus_Comm_Load ”指令关联在 OB1 中分别调用 Modbus 主站程序块和 Modbus 从站程序块,并为其分配全局 DB 块,如下图 19。


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图 19 在 OB1 中分别调用主站程序和从站程序

     

    至此,程序编写基本结束,建立 2 个变量监视表,分别用来监视 Modbus 主站数据和 Modbus 从站数据,将该例程下载到 PLC 后,可以看到通信模块对应的收发 LED 指示灯在闪烁,表示端口正在发送 / 接收数据。将 DB 块“Slave Data ”中的变量赋值,监视主站 “Master Data ”中的变量,可以看到主站已经读取到从站的数据,如下图 20。


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    图 20 使用变量监视表测试,主站侧已成功读取到从站数据Modbus 其它功能码使用方法类似,请参照表 6 修改相应的变量即可,此处不再一一举例。也可以根据此例程,举一反三,编写 Modbus-RTU 轮询程序。


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