西門子PLC模塊SM1232                  西門子PLC模塊SM1232

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本文以 ZKA-4488-ETH 為例介紹西門子PLC與深圳市綜科智控科技開發(fā)有限公司的IO設(shè)備進(jìn)行Modbus通訊的步驟設(shè)置。ZKA-4488-ETH 是 8 路數(shù)字量輸入（DI），8 路數(shù)字量輸出（DO），4 路模擬量輸入（AI，0/4-20mA），4 路模擬量輸出設(shè)備（AO，0/4-20mA），以太網(wǎng)通信。

以 ZKA-4488-ETH 為例，出廠默認(rèn)通訊參數(shù)如下：

ZK模塊 IP 為：192.168.0.105

TCP 端口為：10001

(注意：我們模塊出廠時(shí)默認(rèn)端口為10001，客戶也可以通過(guò)ZK模塊的配置文件把ZK通訊端口改成modbus-tcp的默認(rèn)端口502)

工作模式為：服務(wù)器模式

二、 S7-200 Modbus TCP通信

1 S7-200 Modbus TCP 通信簡(jiǎn)介

S7-1200 CPU 本體上集成了一個(gè) PROFINET 通信口，支持以太網(wǎng)和基于 TCP/IP和UDP 的通信標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)PROFINET 物理接口是支持10/100Mb/s的 RJ45口，支持電纜交叉自適應(yīng)，因此一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的或是交叉的以太網(wǎng)線都可以用于這個(gè)接口。使用這個(gè)通信口可以實(shí)現(xiàn) S7-1200 CPU 與編程設(shè)備的通信，與HMI觸摸屏的通信，以及與其它 CPU 之間的通信，

S7-1200 CPU 的PROFINET 通信口主要支持以下通信協(xié)議及服務(wù)

• Profinet IO （V2.0開始）
• S7 通信 （V2.0開始支持客戶端）
• TCP
• ISO on TCP
• UDP（V2.0開始）
• Modbus TCP
• HMI通信
• Web通信（V2.0開始）。

硬件版本 V4.1 支持的協(xié)議和最大的連接資源：

S7-1200的連接資源

分配給每個(gè)類別的預(yù)留連接資源數(shù)為固定值；您無(wú)法更改這些值。 但可組態(tài) 6個(gè)"可用自由連接"以按照應(yīng)用要求增加任意類別的連接數(shù)。

● 示例1: 1 個(gè) PG 具有 3 個(gè)可用連接資源。 根據(jù)當(dāng)前使用的 PG 功能，該 PG 實(shí)際可能使用其可用連接資源的 1、2 或 3。 在 S7-1200 中，始終保證至少有 1 個(gè) PG，但不允許超過(guò) 1 個(gè) PG。

在CPU屬性>常規(guī)>連接資源顯示:

硬件版本 V3.0 支持的協(xié)議和最大的連接資源：

• 3個(gè)連接用于操作面板
• 1個(gè)連接用于編程設(shè)備（PG）與 CPU 的通信
• 8個(gè)連接用于Open IE ( TCP, ISO on TCP, UDP) 的編程通信，使用T-block 指令來(lái)實(shí)現(xiàn)
• 3個(gè)連接用于S7 通信的服務(wù)器端連接，可以實(shí)現(xiàn)與S7-200，S7-300以及 S7-400 的以太網(wǎng)S7 通信
• 8個(gè)連接用于S7 通信的客戶端連接，可以實(shí)現(xiàn)與S7-200，S7-300以及 S7-400 的以太網(wǎng)S7 通信

連接數(shù)是固定不變的，不能自定義。

注意：建立被動(dòng)的TCP 、ISO on TCP 和UDP的連接時(shí)，建議使用端口范圍: 2000~5000。一些端口號(hào)和TSAP 號(hào)是受到限制不能被使用的。 下列端口號(hào)和TSAP號(hào)不能使用：

• ISO TSAP (passive): 01.00, 01.01, 02.00, 02.01, 03.00, 03.01
• TCP/UDP port (passive): 20, 21, 25, 80, 102, 135, 161, 34962 … 34964,53, 80, 162, 443, 520, 9001

2 Modbus TCP 指令庫(kù)

S7-1200集成PN接口MODBUS TCP通信概述

Modbus TCP是標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，通過(guò)CPU上PN接口進(jìn)行TCP/IP通信，不需要額外的通信硬件模塊，Modbus TCP使用開放式用戶通信連接作為Modbus通信路徑，所支持的混合客戶機(jī)和服務(wù)器連接數(shù)最大為CPU所允許的最大開放式用戶通信連接數(shù)8個(gè)。

軟件 STEP7 V11 SP1版本開始，S7-1200CPU 從Firmware V1.0.2開始，不再需要安裝Modbus TCP的庫(kù)文件，可以直接調(diào)用Modbus TCP的庫(kù)指令“MB_CLIENT”和“MB_SERVER”使用實(shí)現(xiàn)Modbus TCP通信功能，如圖1所示。

圖1. Modbus TCP的庫(kù)指令

3 Modbus TCP 功能編程

S7-1200 做Modbus Tcp Client（客戶端）

MB_CLIENT 進(jìn)行客戶機(jī)和服務(wù)器TCP連接、發(fā)送命令消息、接收響應(yīng)以及控制服務(wù)器的斷開。

1.調(diào)用MB_CLIENT通信指令，進(jìn)入 “Program blocks” > “OB1” 主程序中，調(diào)用MODBUS TCP客戶機(jī)指令，如圖2所示。

圖2. MB_CLIENT通信指令

功能塊參數(shù)意義如下表1.：

管腳

說(shuō)明

REQ

使能： False-無(wú)Modbus通訊請(qǐng)求，True-請(qǐng)求與服務(wù)器通訊，Done完成位來(lái)后才可以執(zhí)行下次請(qǐng)求，建議采用上升沿觸發(fā)請(qǐng)求；

DISCONNECT

控制與服務(wù)器建立和終止連接：0-建立與IP地址和端口號(hào)的通訊連接，默認(rèn)為0；1-斷開通訊連接，在終止連接的過(guò)程中，不執(zhí)行任何其他功能；

CONNECT_ID

連接的ID號(hào)：每個(gè)連接只有一個(gè)ID號(hào)；

IP_OCTET_1~4

ZKA-4488-ETH的IP地址

IP_PORT

ZKA-4488-ETH上使用TCP/IP協(xié)議與客戶端建立通訊的IP端口號(hào)

MB_MODE

選擇請(qǐng)求模式（讀取、寫入或診斷），具體對(duì)照參照表1.；

MB_DATA_ADDR

訪問數(shù)據(jù)的起始地址；

MB_DATA_LEN

數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：數(shù)據(jù)訪問的位數(shù)或字?jǐn)?shù)；

MB_DATA_PRT

指向Modbus數(shù)據(jù)寄存器的指針：用于緩存從Modbus服務(wù)器接收的數(shù)據(jù)或?qū)l(fā)送到Modbus服務(wù)器數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，可以是DB塊或M區(qū)，如果是DB塊則需要定義為“標(biāo)準(zhǔn)與S7- 300/400兼容”的類型，見下圖3；

DONE

完成位：作業(yè)完成，無(wú)錯(cuò)誤，該位置1；

BUSY

作業(yè)狀態(tài)位：0-當(dāng)前沒有正在處理的“MB_CLIENT”作業(yè)；1-“MB_CLIENT”作業(yè)正在處理；

ERROR

錯(cuò)誤位：0-無(wú)錯(cuò)誤；1-出現(xiàn)錯(cuò)誤，錯(cuò)誤原因查看STATUS；

STATUS

錯(cuò)誤代碼；

表1. 功能塊參數(shù)意義

2.MB_DATA_PTR數(shù)據(jù)塊的新建

通過(guò)“Program blocks”>“Add new block”，選擇“Data block”創(chuàng)建 DB 塊，選擇“標(biāo)準(zhǔn)與S7- 300/400兼容” ，點(diǎn)擊“OK”鍵，定義數(shù)據(jù)區(qū)為100個(gè)字的數(shù)組，如圖3所示。

圖3. 創(chuàng)建MB_DATA_PTR數(shù)據(jù)塊

3. MB_MODE、MB_DATA_ADDR和功能碼的關(guān)系

MB_CLIENT指令中，MB_MODE、MB_DATA_ADDR和MB_DATA_LEN三個(gè)參數(shù)組合定義了當(dāng)前Modbus消息中所用的功能代碼，如表2.。

Modbus 功能

MB_MODE

MB_DATA_ADDR

操作和數(shù)據(jù)類型

數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

FC01

0

00001~09999

讀取輸出位 每個(gè)請(qǐng)求1~2000個(gè)位

1~2000

FC02

0

10001~19999

讀取輸入位 每個(gè)請(qǐng)求1~2000個(gè)位

1~2000

FC03

0

40001~49999 或 400001~465535

讀取保持寄存器 每個(gè)請(qǐng)求1~125個(gè)字

1~125

FC04

0

30001~39999

讀取輸入字 每個(gè)請(qǐng)求1~125個(gè)字

1~125

FC05

1

00001~09999

寫一個(gè)輸出位 每個(gè)請(qǐng)求1個(gè)位

1

FC06

1

40001~49999 或 400001~465535

寫一個(gè)保持寄存器 每個(gè)請(qǐng)求1個(gè)字

1

FC15

1

00001~09999

寫多個(gè)輸出位 每個(gè)請(qǐng)求2~1968個(gè)位

2~1968

FC16

1

40001~49999 或 400001~465535

寫多個(gè)保持寄存器 每個(gè)請(qǐng)求2~123個(gè)字

2~123

FC15

2

00001~09999

寫一個(gè)或多個(gè)輸出位 每個(gè)請(qǐng)求1~1968個(gè)位

1~1968

FC16

2

40001~49999 或 400001~465535

寫一個(gè)或多個(gè)保持寄存器 每個(gè)請(qǐng)求1~123個(gè)字

1~123

FC11

11

讀取服務(wù)器通信狀態(tài)字和事件計(jì)數(shù)器：狀態(tài)字反映處理狀態(tài)（0-未處理；0XFFFF-處理中）；每次成功發(fā)送一條消息后，事件計(jì)數(shù)器都將遞增。執(zhí)行功能時(shí)，MB_CLIENT指令的MB_DATA_ADDR和MB_DATA_LEN參數(shù)都將被忽略。

0

FC08

80

通過(guò)數(shù)據(jù)診斷代碼0X0000檢查服務(wù)器狀態(tài) 每次請(qǐng)求1個(gè)字

1

FC08

81

通過(guò)數(shù)據(jù)診斷代碼0X000A重新設(shè)置服務(wù)器事件計(jì)數(shù)器 每次請(qǐng)求1個(gè)字

1

3~10、12~79、82~255

保留

表2. MB_MODE、MB_DATA_ADDR和功能碼的關(guān)系

如上例中S7-1200作客戶機(jī)，用FC04功能碼讀取ZKA-4488-ETH的模擬輸入AI1通道的讀數(shù)的兩個(gè)字，起始從Modbus地址30001開始，接收的數(shù)據(jù)存放在緩沖區(qū)DB3.DBX0.0開始區(qū)域，設(shè)置如上：MB_MODE=0，MB_DATA_ADDR=30001，MB_DATA_LEN=2，對(duì)應(yīng)關(guān)系為：30001->DB3.DBW0 ，30002->DB3.DBW2。

注意：Slave ID 是ZKA-4488-ETH的站地址，和客戶機(jī)中“MB_CLIENT” 中的“CONNECT_ID” 不是一個(gè)概念，實(shí)際上與客戶機(jī)中“MB_CLIENT”的背景數(shù)據(jù)塊中的STAT變量“MB_UNIT_ID”需要一致，在1200中該地址默認(rèn)為16#00FF，實(shí)際使用時(shí)可以改成1，即：與ZKA-4488-ETH配置文件中的站號(hào)保持一致，當(dāng)S7-1200掛接了多個(gè)ZKA-4488-ETH時(shí)，該值可以按序編號(hào)，也可以都使用值1，因?yàn)閙odbus-tcp依然可以根據(jù)指向的IP地址發(fā)送數(shù)據(jù)。

圖7. 客戶機(jī)中“MB_CLIENT”的背景數(shù)據(jù)塊中的STAT變量“MB_UNIT_ID”

5.通訊測(cè)試

S7-1200作客戶機(jī)，用FC04功能碼讀取ZKA-4488-ETH的兩個(gè)字，設(shè)置客戶機(jī)和ZKA-4488-ETH的功能、起始地址、端口等參數(shù)相對(duì)應(yīng)，具體設(shè)置如上，設(shè)置M5.0和M0.0為1，觸發(fā)請(qǐng)求，如圖8所示。

圖8. S7-1200作客戶機(jī)，用FC04功能碼讀取服務(wù)器的兩個(gè)字

通訊結(jié)果如圖9所示，從服務(wù)器讀到數(shù)據(jù)00，11到客戶機(jī)的DB3.DBW0和DB3.DBW2區(qū)域。

圖9. 通訊結(jié)果

6.MB_CLIENT 參數(shù) STATUS 錯(cuò)誤代碼查詢參考下面兩個(gè)列表3.和表4.。

STATUS(W#16#)

Modbus服務(wù)器返回的代碼（B#16#）

錯(cuò)誤說(shuō)明

8381

01

不支持功能代碼

8382

03

數(shù)據(jù)長(zhǎng)度錯(cuò)誤

8383

02

數(shù)據(jù)地址錯(cuò)誤或訪問的數(shù)據(jù)超出MB_DATA_PTR的地址區(qū)

8384

03

數(shù)據(jù)值錯(cuò)誤

8385

03

不支持診斷錯(cuò)誤代碼（功能代碼08）

表3. 協(xié)議錯(cuò)誤代碼

STATUS(W#16#)

錯(cuò)誤說(shuō)明

7001

MB_CLIENT 正在等待Modbus服務(wù)器響應(yīng)TCP端口處的連接或斷開連接請(qǐng)求，僅在第一次執(zhí)行連接或斷開操作時(shí)才報(bào)告此代碼

7002

MB_CLIENT 正在等待Modbus服務(wù)器響應(yīng)TCP端口處的連接或斷開連接請(qǐng)求，等待連接或斷開操作完成時(shí)，將針對(duì)任何后續(xù)執(zhí)行報(bào)告此代碼

7003

斷開操作已成功完成（僅在一個(gè)PLC掃描周期內(nèi)有效）

80C8

服務(wù)器在的時(shí)間內(nèi)無(wú)響應(yīng)，請(qǐng)檢查與Modbus服務(wù)器設(shè)備的連接，嘗試過(guò)任何組態(tài)的重試操作后，才報(bào)告此錯(cuò)誤

8188

參數(shù)MB_MODE的值無(wú)效

8189

參數(shù)MB_DATA_ADDR的值無(wú)效

818A

參數(shù)MB_DATA_LEN的長(zhǎng)度無(wú)效

818B

參數(shù)MB_DATA_PTR中的指針無(wú)效

818C

參數(shù)MB_DATA_PTR指向優(yōu)化的區(qū)域，必須為“標(biāo)準(zhǔn)與S7- 300/400兼容”的DB或M區(qū)

8200

端口正在處理另一個(gè)Modbus請(qǐng)求

8380

接收到的Modbus楨有缺陷或接收到的字節(jié)太少

8387

的連接ID與用于先前請(qǐng)求的ID不同，只能有一個(gè)單個(gè)連接ID與每個(gè)MB_CLIENT背景數(shù)據(jù)塊配合使用

8388

Modbus服務(wù)器返回一些和請(qǐng)求內(nèi)容不同的數(shù)據(jù)，這只適合Modbus功能15或16

表4. 參數(shù)錯(cuò)誤代碼

除了上面列出的MB_CLIENT錯(cuò)誤外，也可以從底層傳輸通信指令（TCON、TDISCON、TSEND和TRCV）返回錯(cuò)誤，參考相應(yīng)指令的錯(cuò)誤代碼。

5 Modbus TCP 常問問題

MB_CLIENT 指令的背景數(shù)據(jù)塊中的 "MB_Unit_ID" 有什么功能？

注意：Slave ID 是ZKA-4488-ETH的站地址，和客戶機(jī)中“MB_CLIENT” 中的“CONNECT_ID” 不是一個(gè)概念，實(shí)際上與客戶機(jī)中“MB_CLIENT”的背景數(shù)據(jù)塊中的STAT變量“MB_UNIT_ID”需要一致，在1200中該地址默認(rèn)為16#00FF，實(shí)際使用時(shí)可以改成1，即：與ZKA-4488-ETH配置文件中的站號(hào)保持一致，當(dāng)S7-1200掛接了多個(gè)ZKA-4488-ETH時(shí)，該值可以按序編號(hào)，也可以都使用值1，因?yàn)閙odbus-tcp依然可以根據(jù)指向的IP地址發(fā)送數(shù)據(jù)：

圖 11. MB_Unit_ID

S7-1200 MODBUS TCP通信多請(qǐng)求處理怎么做?

單獨(dú)的客戶機(jī)連接需要遵循的規(guī)則：

1.每個(gè)“MB_CLIENT”連接需要使用一個(gè)不同的背景數(shù)據(jù)塊；

2.每個(gè)“MB_CLIENT”連接必須一個(gè)服務(wù)器IP地址；

3.每個(gè)“MB_CLIENT”連接必須一個(gè)的連接ID；

4.是否需要IP端口號(hào)取決于服務(wù)器組態(tài)；

連接ID和背景數(shù)據(jù)塊組合成對(duì)，對(duì)每個(gè)連接來(lái)說(shuō)，組合對(duì)都是的。

對(duì)于多請(qǐng)求處理，有兩種方法：

方法一：如果TCP連接充裕，可以建立多個(gè)不同的連接發(fā)送請(qǐng)求，即每個(gè)請(qǐng)求使用一個(gè)獨(dú)立的連接，調(diào)用獨(dú)立的“MB_CLIENT”功能塊，具體操作參考“Modbus TCP”部分。通過(guò)不同的連接發(fā)送多個(gè)請(qǐng)求，“MB_CLIENT”功能塊多次調(diào)用，但是需要使用不同的背景數(shù)據(jù)塊，不同的ID號(hào)和不同的端口號(hào)。

方法二：通過(guò)公共的連接發(fā)送多個(gè)請(qǐng)求。

通過(guò)公共的連接發(fā)送多個(gè)請(qǐng)求，“MB_CLIENT”功能塊多次調(diào)用，但是需要使用相同的背景數(shù)據(jù)塊，連接ID號(hào)，IP地址和端口號(hào)。在任意時(shí)間，只能有一個(gè)MB_CLIENT請(qǐng)求處于激活狀態(tài)，在一個(gè)請(qǐng)求完成執(zhí)行后，下一個(gè)請(qǐng)求再開始執(zhí)行，輪循處理。

在此，我們以方法二為例，介紹S7-1200如何通過(guò)分次請(qǐng)求獲取ZKA-4488-ETH內(nèi)部寄存器的數(shù)據(jù)：

1.S7-1200的IP地址192.168.1.218，將系統(tǒng)存儲(chǔ)器字節(jié)設(shè)置為MB1，如圖1所示，圖2所示。

圖1 IP地址設(shè)置

圖2 系統(tǒng)存儲(chǔ)器字節(jié)設(shè)置

1.新建數(shù)據(jù)塊，訪問指向ZKA-4488-ETH的IP地址和端口號(hào)

如圖6所示，新建DB，添加變量類型為TCON_IP_V4，設(shè)置InterfaceId，ID，ActiveEstablished，RemoteAddress，RemotePort等參數(shù)，具體含義參見鏈接。

圖6 設(shè)置連接變量

如圖7所示，在DB中建立結(jié)構(gòu)數(shù)組，用于輪詢控制位以及數(shù)據(jù)，其中元素0用于第一次讀取，元素1用于第二次讀取。Init用于初始標(biāo)志位。

圖7 輪詢數(shù)據(jù)

2.編寫輪循功能

1）如圖8所示，用“FirstScan”在第一次掃描中將初始標(biāo)志位置位。

圖8 初始化標(biāo)志位

2）如圖9所示，程序段2中，第二步的完成位或者錯(cuò)誤位去置位第一步的使能位復(fù)位第二步的使能位，同時(shí)復(fù)位第二步的完成位、錯(cuò)誤位、觸發(fā)的沿變量。

程序段3中，一般情況下是EN通過(guò)第一步的使能位使能，REQ通過(guò)使能位的上升沿觸發(fā)，設(shè)置模式、讀取數(shù)據(jù)地址、長(zhǎng)度、存儲(chǔ)地址、連接數(shù)據(jù)、完成、錯(cuò)誤位等。此外需要考慮第一次觸詢，可以使用手動(dòng)觸發(fā)，在這里使用初始化標(biāo)志位實(shí)現(xiàn)指令的第一次使能，去進(jìn)行CPU和調(diào)試軟件的TCP連接，使用Connected標(biāo)志位觸發(fā)第一次的REQ觸發(fā)。

圖9 請(qǐng)求1觸發(fā)

如圖10所示，程序段4中，第一步的完成位或者錯(cuò)誤位去置位第二步的使能位復(fù)位第一步的使能位，同時(shí)復(fù)位第一步的完成位、錯(cuò)誤位、觸發(fā)的沿變量，最后復(fù)位初始化標(biāo)志位，確保第一個(gè)MB_CLIENT不會(huì)一直接通。

程序段5中，EN通過(guò)第二步的使能位使能，REQ通過(guò)使能位的上升沿觸發(fā)，設(shè)置模式、讀取數(shù)據(jù)地址、長(zhǎng)度、存儲(chǔ)地址、連接數(shù)據(jù)、完成、錯(cuò)誤位等。

圖10 請(qǐng)求2觸發(fā)

五.通訊測(cè)試

通訊結(jié)果如圖11 所示。

圖11 測(cè)試結(jié)果