MODBUS RTU通訊協(xié)議在S7-200中的應(yīng)用

1 引言
工業(yè)控制已從單機(jī)控制走向集中監(jiān)控、集散控制，如今已進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)集約制造時(shí)代。工業(yè)控制器連網(wǎng)也為網(wǎng)絡(luò)管理提供了方便。Modbus就是工業(yè)控制器的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的一種。Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通訊約規(guī)。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng))和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為主流的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一。他為符合Modbus協(xié)議的不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。

2 Modbus RTU協(xié)議在S7-200中的應(yīng)用原理
2.1 Modbus RTU協(xié)議與S7-200相互關(guān)系簡介
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S7-200的自由口通訊模式實(shí)現(xiàn)，因此可以通過無線數(shù)據(jù)電臺(tái)等慢速通訊設(shè)備傳輸。
如果想在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。
在S7-200控制系統(tǒng)應(yīng)用中，Modbus RTU從站指令庫只支持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)。Modbus RTU功能是通過指令庫中預(yù)先編好的程序功能塊實(shí)現(xiàn)的。
2.2 Modbus RTU協(xié)議在S7-200中應(yīng)用的基本過程
(1) 首先檢查S7-200控制系統(tǒng)中所用Micro/WIN的軟件版本，應(yīng)當(dāng)是Step7-Micro/WIN V3.2以上版本。
(2) 檢查Micro/WIN的指令樹中是否存在Modbus RTU從站指令庫(圖1)，庫中應(yīng)當(dāng)包括MBUS_INIT和MBUS_SLAVE兩個(gè)子程序。如果沒有，須安裝Micro/WIN32 V3.2 Instruction Library(指令庫)軟件包，如圖1所示。

圖1 指令樹中的庫指令
(3) 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)說明，可在子程序的局部變量表中找到。
示例參見圖2:

圖2 調(diào)用MODBUS通訊指令庫
圖2中參數(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從站地址，取值1~247;
● 波特率:可選1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600;
● 奇偶校驗(yàn):0=無校驗(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)，S7-200的I/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)起始地址: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=無錯(cuò)誤。
(4) 注意的問題
調(diào)用Step7-Mciro/WIN32 V3.2 Instruction Library(指令庫)需要分配庫指令數(shù)據(jù)區(qū)(Library Memory)。庫指令數(shù)據(jù)區(qū)是相應(yīng)庫的子程序和中斷程序所要用到的變量存儲(chǔ)空間。如果在編程時(shí)不分配庫指令數(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指定的保持寄存器區(qū)，是在S7-200 CPU的V數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中分配，此數(shù)據(jù)區(qū)不能和庫指令數(shù)據(jù)區(qū)有任何重疊，否則在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，不能正常通訊。注意Modbus 中的保持寄存器區(qū)按“字”尋址，即MaxHold規(guī)定的是VW而不是VB的個(gè)數(shù)。

3 Modbus RTU協(xié)議測試
包含Modbus RTU從站指令庫的項(xiàng)目編譯、下載到CPU中后，在編程計(jì)算機(jī)(PG/PC)上運(yùn)行一些Modbus測試軟件可以檢驗(yàn)S7-200的Modbus RTU通訊是否正常，這對(duì)查找故障點(diǎn)很有用。測試軟件通過計(jì)算機(jī)串口(RS-232)和PC/PPI電纜連接CPU。
(以ModScan32測試軟件為例作以檢測說明)
3.1 測試軟件
測試軟件ModScan32如圖3所示。

圖3 Modbus RTU測試軟件:ModScan32
圖3中，ModScan32測試軟件的畫面中相關(guān)參數(shù)意義如下:
Address:ModBus中存儲(chǔ)區(qū)的起始地址;
Device Id:PLC ModBus的端口地址;
Length:參與通訊的V存儲(chǔ)區(qū)字的長度。
3.2 參數(shù)設(shè)置
對(duì)ModScan32測試軟件的通訊參數(shù)進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，要與S7-200的Modbus RTU指令庫MBUS_INIT中所設(shè)定的參數(shù)相統(tǒng)一，這樣即可進(jìn)行通訊檢測。ModScan32通訊參數(shù)設(shè)置如圖4所示。

圖4 ModScan32通訊參數(shù)設(shè)置

4 MODBUS RTU地址與S7-200的地址對(duì)應(yīng)關(guān)系
MODBUS地址總是以00001、30004之類的形式出現(xiàn)。S7-200內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)與MODBUS的0、1、3、4共4類地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系如附表所示:
附表 MODBUS地址對(duì)應(yīng)表

說明:其中T為S7-200中的緩沖區(qū)起始地址，即HoldStart。
如果已知S7-200中的V存儲(chǔ)區(qū)地址，推算MODBUS地址的公式如下:
MODBUS地址=40000+(T/2+1)
其中T為偶數(shù)。

5 結(jié)束語
Modbus RTU作為一種工業(yè)控制器的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，其在如今眾多的控制器之間進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)、監(jiān)控、相互通訊等方面發(fā)揮著重大作用，本文以典型的S7-200控制系統(tǒng)為例，詳述了如何應(yīng)用Modbus RTU通訊協(xié)議以及檢測方法，使得控制器之間的通訊變得更加簡易和清晰。