上海西门子 6ES7288-2DR08-0AA0 扩展模块技术检测中心
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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。
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3. 硬件列表和接线
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> 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 |
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> 表1 硬件设备
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> 3.2 硬件接线
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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。
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图1 S7-200 CPU通信口引脚定义
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图2 S7-300 CP341 RS422/485 通讯口引脚定义
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> 3.2.2 接线示意图
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图3 硬件结构和接线示意图
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4. 组态设置和编程
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
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。
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> 4.1.1 Modbus RTU主站库
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> 使用Modbus 主站指令库时需要注意的几点：
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图4 库存储区设置
| Modbus 地址 | 读 / 写 | Modbus line;">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 | ||
| 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
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
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。
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图5 Modbus RTU 主站初始化
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> 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 / 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。 |
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> 表3
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> 调用 Modbus RTU 主站读写子程序MBUS_MSG，发送一个Modbus 请求。
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图6 调用Modbus RTU 主站读写子程序
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> 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。 |
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> 表4
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> 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。
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> 4.2 CP341 做Modbus 从站的硬件组态
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> 4.2.1 硬件组态
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图7 S7-300侧硬件组态
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> 4.2.2 设置Modbus参数
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图8 消息桢字符结构
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> 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。
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图9 RS422/485 接口组态
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> 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。
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
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。
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图10 下载Dongle时，需要CPU停机
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图11 从站驱动下载后结果
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
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。
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图12 Modbus Slave 例程打开路径
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> OB1中调用FB80编程如下：
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图13 FB80程序块调用
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
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。
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> 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 |
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> 表5
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
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。
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
5.1 FC01/05/15功能码
CP341从站的通讯区域配置
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图14 FC01/05/15 参数组态界面
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
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
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图15 功能码FC01使用
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> 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。
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图16 FC01功能码数据交换
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
5.2 FC02功能码
CP341从站的通讯区域配置
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图17 FC02 参数组态界面
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
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
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图18 功能码FC02使用
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> S7-200主站，用功能码FC02读取从站8点数字量输入，接收的数据存放在VB2000开始的区域，测试截图结果如下。
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图19 FC02功能码数据交换
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
5.3 FC03/06/16 功能码
CP341从站的通讯区域配置
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图20 FC03/06/16参数组态界面
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
FC03/06/16 对应的数据区为寄存器，数据的传递以字为单位，可以读写操作，用户地址区为4xxxx，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，右边对应的是S7-300的数据区，左边传输地址不可改，右边只对应一个数据区。例如用户地址
区为，对应S7-300数据区为DB1.DBW0 ~ DB1.DBW6，并且以此为例说明
FC03功能码的通讯。
S7-200主站程序调用
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图21功能码FC03使用
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> S7-200主站，用功能码FC03读取从站4个字寄存器，接收的数据存放在VB2000开始的区域，测试截图结果如下。
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图22 FC03功能码数据交换
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
5.4 FC04 功能码
CP341从站的通讯区域配置
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图23 FC04参数组态界面
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
FC04对应的数据区为寄存器输入，数据的传递也以字为单位，只读操作，用户地址区3xxxx，Modbus地址在信息传送中从0开始。如上图，左边为信息传递地址，右边对应的是S7-300的数据区，左边传输地址不可改，右边只对应一个数据区。例如用户地址区为30001 ~ 30004，对应S7-300数据区为DB1.DBW0 ~ DB1.DBW6，并且以此为例说明FC04功能码的通讯。
S7-200主站程序调用
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图24功能码FC04使用
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> S7-200主站，用功能码FC04读取从站4个字输入寄存器，接收的数据存放在VB2000开始的区域，测试截图结果如下。
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
图25 FC04功能码数据交换
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> 5.5 Limits 栏
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;"> 上海西门子 6ES7288-2DR08-0AA0 扩展模块技术检测中心
line;font-weight:400;color:#333333;font-style:normal;text-align:left;background-color:#ffffff;text-indent:0px;">
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