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西门子1200PLC的Modbus（RTU）详细说明全集

S7-1200 Modbus RTU通信概述

（资料信息来源西门官网）

Modbus具有两种串行传输模式：分别为ASCII和RTU。

Modbus是一种单主站的主从通信模式，Modbus网络上只能有一个主站存在，主站在Modbus网络上没有地址，每个从站必须有唯一的地址，从站的地址范围为0 - 247，其中0为广播地址，从站的实际地址范围为1 - 247。Modbus RTU通信以主从的方式进行数据传输，在传输的过程中Modbus RTU主站是主动方，即主站发送数据请求报文到从站，Modbus RTU从站返回响应报文。

S7-1200以下模块支持 Modbus RTU通信：

通信模块/通信板	订货号
CM1241 RS232	6ES7 241-1AH32-0XB0
CM1241 RS485	6ES7 241-1CH30-0XB0
CM1241 RS422/485	6ES7 241-1CH32-0XB0
CB 1241 RS485	6ES7 241-1CH30-1XB0

注意

1. 使用通信模块CM 1241 RS232作为Modbus RTU主站时，只能与一个从站通讯。

2. 使用通信模块CM 1241 RS485作为Modbus RTU主站时，则允许建立多与 32 个从站的通讯。

3. 使用通信板CB 1241 RS485时，CPU 固件必须为 V2.0 或更高版本，且使用软件必须为STEP 7 Basic V11 或STEP 7 Professional V11 以上更高版本。

S7-1200 Modbus RTU指令

随着 TIA PORATL 软件和 S7-1200 CPU 固件的不断更新，S7-1200 Modbus RTU 指令也出现了不同的版本。用户需要根据使用的软件和硬件，正确选择使用符合要求的 S7-1200 Modbus RTU 指令来实现 Modbus RTU 通信。

软件，硬件要求和指令版本说明如下。

软件STEP 7 V11 中的S7-1200 Modbus RTU 指令

软件STEP 7 V11版本开始，可以从“指令”→“通信处理器”→“MODBUS”下直接调用 “MB_COMM_LOAD”和“MB_MASTER”或“MB_SLAVE”指令，如下图1所示：

图1 Modbus RTU指令

Modbus RTU指令有两个版本：分别为V1 和V2。版本V1初在 STEP 7 Basic V10.5 中提供；版本V2 在 STEP 7 Basic/Professional V11 中提供。

软件STEP 7 V13 SP1 中的S7-1200 Modbus RTU 指令

TIA V13 SP1版本软件中提供了2个版本的 Modbus RTU指令。如下图 2 所示：早期版本的 Modbus RTU 指令（图2. 中 MODBUS (V2.2)）仅可通过 CM1241 通信模块或 CB1241 通信板进行 Modbus RTU 通信。新版本的Modbus RTU指令（图2. 中 MODBUS(RTU) V3.0）扩展了Modbus RTU的功能，该指令除了支持 CM1241 通信模块、CB1241 通信板，还支持PROFINET或PROFIBUS分布式 I/O 机架上的PTP通信模块实现 Modbus RTU 通信。

注意：新版本 Modbus RTU 指令的使用限制条件    新版本 Modbus RTU 指令通过CM1241通信模块或CB1241通信板进行Modbus RTU通信时，需要满足如下条件：a. S7-1200 CPU 的固件版本不能低于V4.1；b. CM1241通信模块 V2.1 以上或 CB1241。

 

图2. 两个版本 Modbus RTU 指令

常见问题

1、西门子不提供支持MODBUS-ASCII通信模式的的现成指令，需要用户自己用自由口模式编程。2、Modbus RTU指令版本 V2 将参数“REQ”和“DONE”添加到“MB_COMM_LOAD”指令。而且，“MB_MASTER”和“MB_SLAVE ”指令的“MB_ADDR ”参数现在允许一个UInt值以进行扩展寻址。3、不能在同一CPU 程序中同时使用V1（V1.x）和V2（V2.y）指令版本。用户程序的 Modbus 指令必须具有相同的主版本号；主版本组内的各个指令可具有不同的次版本号。4、对S7-1200 通信模块CM1241组态并编程调用“MB_COMM_LOAD”指令，可将其设置为Modbus RTU通信模式。通过编程调用“MB_MASTER”指令，S7-1200 通信模块CM1241可作为Modbus RTU主站，或调用“MB_SLAVE”指令，S7-1200 通信模块CM1241可作为Modbus RTU从站。5、无论S7-1200 通信模块CM1241作为Modbus RTU主站还是从站，都需要调用“MB_COMM_LOAD”指令进行编程。6、S7-1200 CM1241/CB1241 Modbus RTU 通信支持两位停止位。S7-1200 CM1241/CB1241属性里可以设置停止位，但是该模块用于 Modbus 通信时，此设置的停止位无效，需要在 Modbus_Commload 指令的背景DB里Static修改STOP_BITS停止位数值为2。如下图3、4所示：

图3. CM1241 配置停止位参数

Modbus_Commload 指令的背景DB里Static修改STOP_BITS停止位数值为2（默认值=1）

图4. 修改 Modbus RTU 通信停止位

Modbus RTU新版本指令介绍

（资料信息来源西门官网）

TIA V13 SP1版本软件中提供了2个版本的Modbus RTU指令：

图1. 两个版本Modbus RTU指令

早期版本的Modbus RTU指令（图1中MODBUS (V2.2)）仅可通过CM1241通信模块或CB1241通信板进行Modbus RTU通信。
新版本的Modbus RTU指令（图1中 MODBUS(RTU) V3.0）扩展了Modbus RTU的功能，该指令除了支持CM1241通信模块、CB1241通信板，还支持PROFINET或 PROFIBUS分布式I/O机架上的PTP通信模块实现Modbus RTU通信。

新版本Modbus RTU指令所支持的PTP模块如下图2所示：

图2. 新版本 Modbus RTU指令所支持的PTP模块

新版Modbus RTU指令的使用

新版本Modbus RTU指令中包含Modbus RTU 主站指令和从站指令。本文以 CPU1217C+CM1241 RS422/485+ET200SP CM PTP 模块为例，介绍新版本 Modbus RTU 指令主从通信的编程步骤。 
其中CPU机架CM1241 RS422/485作为Modbus RTU从站，分布式机架ET200SP中 CMPTP模块作为Modbus RTU主站。网络结构图如下：

图3. Modubus RTU 网络通信结构图

使用到的硬件和软件如下:

硬件：
① CPU1217C(订货号:6ES7 217-1AG40-0XB0)，固件版本V4.1.3
② CM1241 RS422/485模块(订货号:6ES7 241-1CH32-0XB0)，固件版本V2.1
③ 24V 电源PS307(订货号:6ES7307-1KA02-0AA0） 
④ ET200 SP IM155-6PN HF(订货号:6ES7155-6AU00-0CN0）
⑤ CM PTP模块(订货号:6ES7137-6AA00-0BA0）

软件：
① TIA V13 SP1 UP 9

一、设备组态

1组态CM1241 RS422/485模块

打开设备视图，添加S7-1200CPU，并在硬件目录里找到“通信模块”→“点到点”→“CM1241(RS422/485)”,拖拽此模块至CPU左侧即可，如下图4所示：

图4. 添加 CM 1241 RS422/485模块

需要注意：固件版本>=V2.1 的CM 1241 RS422/485模块，才支持新版本Modbus RTU指令。

接下来，在“设备视图”中用鼠标选中CM1241(RS422/485)模块，在“属性”→“端口组态”中配置此模块硬件接口参数，
本例以传输率=9.6Kbps，奇偶校验=无奇偶校验，数据位=8位字符，停止位=1为例。如CM 1241 端口组态设置如下图5所示：

图5. CM1241 RS422/485 模块端口组态

后在“硬件标识符”里确认一下硬件标识符为269（该参数在程序编程中会被使用），如下图6所示：

图6.硬件标识符

另外，S7-1200 还提供了系统和时钟存储器功能，为了便于后续指令，建议使能该功能。在CPU “属性”→“常规”→“系统和时钟存储器”使能系统和时钟存储器功能，如图7所示。

图7. 系统和时钟存储器功能

2组态ET200 SP CM PtP模块
a、插入一个ET200SP分布式站点。

打开网络视图并拖入一个ET200SP站点，并将其分配给相应的IO控制器(本例CPU1217C 为 IO 控制器)，如图8所示。

图8. 插入ET200SP站点

b、组态ET200SP 站点。

在ET200SP的"设备视图"环境下，为ET200SP 站点添加信号、通信模块和服务器模块，在本例中只添加了CM PTP模块和服务器模块。
需要注意：ET200SP站点中，服务器模块是必须组态的。服务器模块随接口模块一起采购，无需单独购买。

ET200SP接口模块需要为其分配IP地址和Device Name， 有关ET200 SP 分布式IO 组态详细步骤，请参考《ET200 SP使用快速入门》。

《ET200 SP 使用快速入门》下载链接：
https://support.industry.siemens.com/cs/cn/zh/view/78304711

在ET200SP"设备视图"中用鼠标选中CM PTP，在“属性”→“常规”→“接口”→“操作模式”中配置此模块硬件接口参数，
本例设定“指定工作模式"："半双工（RS485）2线制操作"；"接收线路的初始状态"："无"。如下图9所示：

图9. CM PTP 操作模式

接下来，在“属性”→“常规”→“接口”→“端口组态”中配置此模块端口组态参数，
本例设定"协议"："Freeport/Modbus"；"端口参数"设置：传输率=9.6Kbps，奇偶校验=无奇偶校验，数据位=8位字符，停止位=1为例。端口组态设置如下图10所示：

图10. CM PTP 端口组态

后需要在“硬件标识符”里确认一下CM PTP 模块硬件标识符，该参数在程序编程中会被使用。

二、软件编程

1Modbus RTU 主站编程

Modbus RTU主站编程需要调用Modbus_Comm_Load指令和Modbus_Master指令,其中Modbus_Comm_Load指令通过Modbus RTU协议对通信模块进行组态，Modbus_Master指令可通过由Modbus_Comm_Load指令组态的端口作为Modbus主站进行通信,Modbus_Comm_Load指令的MB_DB参数必须连接到Modbus_Master指令的（静态）MB_DB参数。

本例中分布式机架ET200SP中CM PTP模块作为Modbus RTU主站，其相关编程步骤如下：

a、OB1中插入一个FC函数，并在函数中拖入Modbus_Comm_Load指令和Modbus_Master指令。如图11所示

图11. 拖入Modbus RTU 主站指令

Modbus_Comm_Load指令各参数意义如下表1所示：

引脚	说明
REQ	上升沿触发
PORT	通信端口的硬件标识符
BAUD	波特率选择：3600，6000，12000，2400，4800，9600，19200，38400，57600，76800，115200
PARITY	奇偶检验选择：0-无；1-奇校验；2-偶校验
FLOW_CTRL	流控制选择：0-（默认值）无流控制
RTS_ON_DLY	RTS延时选择：0-（默认值）
RTS_OFF_DLY	RTS关断延时选择：0-（默认值）
RESP_TO	响应超时：默认值 = 1000 ms。MB_MASTER 允许用于从站响应的时间（以毫秒为单位）。
MB_DB	对 Modbus_Master 或 Modbus_Slave 指令的背景数据块的引用。 MB_DB 参数必须与 Modbus_Master 或 Modbus_Slave 指令中的静态变量MB_DB 参数相连。
DONE	如果上一个请求完成并且没有错误，DONE 位将变为 TRUE 并保持一个周期。
ERROR	如果上一个请求完成出错，则 ERROR 位将变为 TRUE 并保持一个周期。STATUS 参数中的错误代码仅在 ERROR = TRUE 的周期内有效。
STATUS	端口组态错误代码，请参考TIA 软件在线帮助或S7-1200 系统手册。

                              表1 MB_COMM_LOAD指令参数意义
Modbus_Master指令各参数意义如下表2所示：

引脚	说明
EN	使能端
REQ	TRUE = 请求向 Modbus 从站发送数据 ，建议采用上升沿触发
MB_ADDR	Modbus RTU从站地址。默认地址范围：0至247；扩展地址范围：0至65535。值0被保留用于将消息广播到所有Modbus从站。
MODE	模式选择：指定请求类型（读取或写入）。
DATA_ADDR	从站中的起始地址：指定Modbus从站中将供访问的数据的起始地址。
DATA_LEN	数据长度：指定要在该请求中访问的位数或字数。
DATA_PTR	数据指针：指向要进行数据写入或数据读取的标记或数据块地址。
DONE	完成位：上一请求已完成且没有出错后，DONE 位将保持为 TRUE 一个扫描周期时间。
BUSY	FALSE – Modbus_Master 无激活命令: TRUE – Modbus_Master 命令执行中
ERROR	对 Modbus_Master 或 Modbus_Slave 指令的背景数据块的引用。 MB_DB 参数必须与 Modbus_Master 或 Modbus_Slave 指令中的静态变量MB_DB 参数相连。
STATUS	如果上一个请求完成并且没有错误，DONE 位将变为 TRUE 并保持一个周期。
ERROR	如果上一个请求完成出错，则 ERROR 位将变为 TRUE 并保持一个周期。STATUS 参数中的错误代码仅在 ERROR = TRUE 的周期内有效。
STATUS	错误代码

表2 Modbus_Master指令参数意义

注意

① Modbus_Comm_Load指令不建议在启动组织块OB100中调用，建议在OB1中调用。Modbus_Comm_Load指令在OB1中调用时，其输入位“REQ”需使用上升沿触发，本例中该输入位采用 “FirstScan” 系统存储器位。
② Modbus_Comm_Load指令背景数据块中的静态变量“MODE”用于描述PTP模块的工作模式，有效的工作模式包括：

· 0 = 全双工 (RS232)

· 1 = 全双工 (RS422) 四线制模式（点对点）

· 2 = 全全双工 (RS 422) 四线制模式（多点主站，CM PtP (ET 200SP)）

· 3 = 全全双工 (RS 422) 四线制模式（多点从站，CM PtP (ET 200SP)）

· 4 = 半双工 (RS485) 二线制模式

该静态变量“MODE”默认数据为0（RS232 全双工模式），需要根据CM PTP模块实际组态修改该数值，本例中CM PTP模块工作在RS485半双工模式需要将该数值修改为4，如图12所示。

图12. Modbus_Comm_Load背景数据块静态变量“MODE”修改为4

③ Modbus_Master指令的“DATA_PTR”参数用于指向要进行数据写入或数据读取的数据区域地址，该数据区域支持优化访问的数据块或者非优化（标准的）数据块，建议采用非优化访问的数据块。
本例中使用的数据区为非优化访问的数据块，在数据块的属性中取消“优化的块访问”即可将数据块修改为非优化访问的数据块（鼠标右键数据块，选择“属性”，取消“优化的块访问”），如图13所示。

图13. 设置数据块为非优化访问

当Modbus_Master指令的“DATA_PTR”指向非优化访问的数据块时，该输入参数需要使用指针方式填写如P#DB3.DBX0.0 WORD 5 方式填写。
④ 当Modbus RTU网络中存在多个modbus RTU从站或一个modbus RTU从站同时需要读操作和写操作，则需要调用多个Modbus_Master指令，Modbus_Master指令之间需要采用轮询方式调用。
下图14用于描述两个Modbus_Master指令轮询调用的方式。

图14.Modbus_Master轮询调用方式

b、插入"Pull or plug of modules" 中断OB83。

本例中Modbus RTU主站模块安装在分布式IO站点上，因此程序中需要考虑分布式IO站点故障、CM PTP 模块插拔模块等故障。 
分布式IO站点中插出、拔入模块时，操作系统都会调用一次OB83。通过OB83接口区的输入变量“16#Event_Class”判断故障的模块和类型：事件类型16#39表示模块被拔出，事件类型16#38表示模块被插入。
CM PTP 模块被重新插入的时候，需要在中断OB83中调用Modbus_Comm_Load 指令对通信模块进行重新组态，如图15所示。

图15. OB83中再次调用Modbus_Comm_Load 指令

注意

① OB83 中调用Modbus_Comm_Load指令的背景数据块需要与OB1中调用的Modbus_Comm_Load指令的背景数据块相同。
② CM PTP模块的硬件标识符也可以在"PLC变量"--->"系统常数"中查询，如图16. 所示。

图16. 系统常量

c、插入"Rack or Station failure" 中断OB86。

分布式IO站点故障和恢复时，操作系统都会调用一次OB86。通过OB86接口区的输入变量“16#Event_Class”判断故障的模块和类型：事件类型16#39表示站点故障，事件类型16#38表示站点恢复。
CM PTP 模块所在的IO站点恢复时，需要在中断OB86中调用Modbus_Comm_Load 指令对通信模块进行重新组态，如图17所示。

图17. OB86中调用Modbus_Comm_Load 指令

注意

①OB86 中调用Modbus_Comm_Load指令的背景数据块需要与OB1中调用的Modbus_Comm_Load指令的背景数据块相同。
② 分布式IO 站点的硬件标识符也可以在"PLC变量"--->"系统常数"中查询。

2Modbus RTU 从站编程

Modbus RTU从站编程需要调用Modbus_Comm_Load指令和Modbus_Slave指令，其中Modbus_Comm_Load指令通过Modbus RTU协议对通信模块进行组态，Modbus_Slave指令可通过由Modbus_Comm_Load指令组态的端口作为Modbus从站进行通信，Modbus_Comm_Load指令的MB_DB参数必须连接到Modbus_Slaver指令的（静态）MB_DB参数。

本例中CPU机架CM1241 RS422/485作为Modbus RTU从站，其相关编程步骤如下：

OB1中插入一个FC函数，并在函数中拖入Modbus_Comm_Load指令和Modbus_Slave指令。如图18所示

图18. 拖入Modbus RTU 从站指令

Modbus_Slave指令各参数意义如下表3所示：

引脚	说明
MB_ADDR	Modbus 从站的标准寻址： 标准寻址范围（1 到 247） 扩展寻址范围（0 到 65535）
MB_HOLD_REG	数据指针，指向Modbus 保持寄存器的地址， Modbus 保持寄存器可以为M存储区或DB数据区。 如果Modbus 保持寄存器为DB数据区，则DB数据区支持优化访问的数据块或非优化访问的数据块，建议采用非优化访问的数据块。
NDR	可用的新数据： · FALSE - 无新数据 · TRUE – 表示新数据已由 Modbus 主站写入  如果上一个请求完成并且没有错误，NDR 位将变为 TRUE 并保持一个周期。
DR	读取数据： · FALSE - 无新数据 · TRUE –表示该指令已将 Modbus 主站接收到的数据存储在目标区域中。 如果上一个请求完成并且没有错误，DR 位将变为 TRUE 并保持一个周期。
ERROR	如果上一个请求完成出错，则 ERROR 位将变为 TRUE 并保持一个周期。如果执行因错误而终止，则 STATUS 参数中的错误代码仅在 ERROR = TRUE 的周期内有效。
STATUS	错误代码

表3 Modbus_Slave指令参数意义

注意