6ES7400-0HR50-4AB0
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SIMATIC S7-400H，412-3H 系統(tǒng)捆綁 H-SYSTEM，帶 2 X MC 1MB RAM，1 X UR2-H， 2 X PS 405 10A，DC 24/48/60V 4 X 同步模塊 10M 2 X 同步電纜 1M 2 X CPU 412-3H 4 X 后備電池
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SIEMENS西門子上海楓毓自動化科技有限公司
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一、 S7-200與6RA70裝置連接
1． 系統(tǒng)要求
> 安裝MicroWin software（V3.2以上）以及 USS協(xié)議庫（V2.0以上）
> PC/PPI電纜、S7-200（如CPU 226XM）、電源模塊、通信電纜
> 6RA70驅(qū)動裝置及一臺PC機(jī)
2． 在使用MicroWin software 創(chuàng)建項目之前，先檢查USS protocol協(xié)議是否被正確安裝，此協(xié)議庫需要單獨(dú)購買：
3．我們需要創(chuàng)建一個簡單的例程：
> 第一步：設(shè)置通訊接口
> 第二步：建立PC與S2-200之間連接（注意：PC通過PC/PPI電纜與S7-200PORT1口連接；）
> 第三步：用串口電纜將S7-200PORT0端口與6RA70的PMU上X300、CUD1端子X172或CUD2端子X162相連 （注意：端口連接的規(guī)則，X300是3對3、8對8；CUD1端子X172是3對X172:58，8對X172:59;CUD2端子X162是3對X162:63，8對X162:64）
> 第四步：使用USS協(xié)議的初始化模塊初始化S7-200的PORT0端口
二進(jìn)制值2#1000 0000 0000表示要初始化USS地址11的6RA70驅(qū)動裝置，波特率為9600，此波特率值要與PC/PPI電纜的設(shè)置相同，詳細(xì)情況請參看USS_INIT的幫助文件；此外我們還需要在6RA70裝置上設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。
表一：
| 參數(shù) | USS1(PMU:X300) | USS2(CUD1:X172) | USS3（CUD2:X162） |
| P780=2 | P790=2 | P800=2 | |
| P787=0 | P797=0 | P807=0 | |
| P786=11 | P796=11 | P806=11 | |
| P783=6 | P793=6 | P803=6 | |
| P781=2 | P791=2 | P801=2 | |
| P782=127 | P792=127 | P802=127 | |
| P927 | P927=6 | P927=42 | P927=82 |
| P785.1=1 | P795.1=1 | P805.1=1 | |
| P785.2=0 | P795.2=0 | P805.2=0 | |
| P644=2002 | P644=6002 | P644=9002 | |
| P661=2100 | P661=6100 | P661=9100 |
> 第五步：使用USS_CTRL模塊來控制USS地址11的6RA70裝置，為了運(yùn)行6RA70需要按照表一設(shè)置參數(shù)
> 第六步：在編譯程序之前，選擇 Program Block -> Library then right mouse click: select Library Memeory. 在點(diǎn)擊Suggested Address選擇V存儲區(qū)的地址后點(diǎn)擊 “OK”退出，如下圖所示：
> 第七步：編譯程序并下載到S7-200，將RUN位置1，并在狀態(tài)表中輸入速度給定，在閉合CUD1端子X172:37和X172:38之后，6RA70直流裝置就可以運(yùn)行起來了，如下圖狀態(tài)表所示：（注意：由于MM440和6RA70的工作方式和控制字的定義并不完全相同，所以你需要將OFF2、OFF3、F_ACK命令位連接到6SE70相應(yīng)的參數(shù)，它們才能起作用；此外，由于控制字的定義不相同，DIR方向控制位并不能起到方向控制的作用；詳細(xì)情況請參看USS_CTRL的幫助文件及6RA70控制字的定義，在本例中將RUN信號連接到6RA70脈沖使能控制參數(shù)P661，而將速度給定連接到主給定參數(shù)P644）
4. 讀寫O2類型參數(shù)：如讀寫參數(shù)P078，使用USS_RPM_W和USS_WPM_W（這兩個功能塊用來讀寫16位無符號整數(shù)）
> 讀參數(shù)P078，其數(shù)據(jù)類型為O2，表示16位無符號整數(shù)；其程序塊如下圖所示：
在運(yùn)行此程序塊的情況下，只要給S7-200的I0.3置一個上升沿，就可以完成一次對參數(shù)P078的讀操作，讀入的值被保存到R_P078。需要特別注意的是USS_RPM_W的INDEX值必須置1，因?yàn)镸M440默認(rèn)的是PXXXX.0參數(shù)組,而6RA70默認(rèn)的是PXXX.1參數(shù)組
> 寫參數(shù)P078，其程序塊如下圖所示：
在運(yùn)行此程序塊的情況下，只要給S7-200的I0.4置一個上升沿，就可以完成一次對參數(shù)P078的寫操作，將W_P078中保存的值寫入到參數(shù)P078。USS_WPM_W的EEPROM是邏輯“0”時，寫入的值只被保存到6RA70的RAM中，當(dāng)EEPROM是邏輯“1”時，寫入的值同時被保存到6RA70的RAM和EEPROM中，但向EEPROM中寫數(shù)據(jù)是有次數(shù)限制，最多不要超過50000次
> 讀寫參數(shù)P078的操作請參照如下的狀態(tài)表所示：
5. 讀寫I2類型參數(shù)：如讀寫參數(shù)P320，使用USS_RPM_W和USS_WPM_W（這兩個功能塊用來讀寫16位無符號整數(shù)）
> 讀參數(shù)P320，其數(shù)據(jù)類型為I2，表示16位有符號整數(shù)；其程序塊如下圖所示：
在運(yùn)行此程序塊的情況下，只要給S7-200的I1.1置一個上升沿，就可以完成一次對參數(shù)P320的讀操作，讀入的值被保存到R_P320。
> 寫參數(shù)P320，其程序塊如下圖所示：
在運(yùn)行此程序塊的情況下，只要給S7-200的I1.2置一個上升沿，就可以完成一次對參數(shù)P320的寫操作，將W_P320中保存的值寫入到參數(shù)P320。
> 讀寫參數(shù)P078的操作請參照如下的狀態(tài)表所示
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> 參數(shù)P320的數(shù)據(jù)類型是I2(16位有符號的整數(shù))，而USS功能塊USS_RPM_W和USS_WPM_W是根據(jù)MM440參數(shù)數(shù)據(jù)類型的定義，用來讀寫16無符號的整數(shù)。因此用這兩個功能塊讀寫6RA70的I2型參數(shù)時會產(chǎn)生一定的問題，如參數(shù)值是正數(shù)是能夠正確讀寫，當(dāng)參數(shù)值是負(fù)數(shù)時，讀寫操作就無法實(shí)現(xiàn)了
6. 此外S7-200的USS庫還包括USS_RPM_D和USS_WPM_D（這兩個功能塊用來讀寫32位無符號整數(shù)），以及USS_RPM_R和USS_WPM_R(這兩個功能塊用來讀寫浮點(diǎn)數(shù))
1. 概述
在現(xiàn)場應(yīng)用中，很多儀表和設(shè)備僅支持Modbus RTU的通訊協(xié)議，第三方儀表可以做Modbus主站或從站，西門子的通訊模塊CP341 / CP441-2 通過Dongle（硬件狗）可以擴(kuò)展該協(xié)議，S7-200 集成的口可以支持自由口通訊，通過指令庫也可以方便的實(shí)現(xiàn)Modbus RTU通訊。本文以S7-200作為Modbus 主站，CP341作為Modbus 從站，實(shí)現(xiàn)Modbus RTU通訊，闡述兩者在通訊方面的設(shè)置和注意事項。
2. 軟件環(huán)境
2.1 STEP7 V5.4 SP4
用于編寫 S7-300/400程序，此軟件需要從西門子購買，本文檔中的300的程序是使用Step7 V5.4 SP4的軟件編寫。
2.2 CP PTP Param V5.1 SP11
串行通訊模板的驅(qū)動程序，安裝此驅(qū)動后才能對PtP模板進(jìn)行參數(shù)配置，并在Step7中集成通訊編程需要使用的功能塊。此驅(qū)動隨購買模板一起提供，也可以從以下的鏈接下載：27013524
2.3 CP PTP Modbus Slave V3.1 SP7
CP341或CP441-2用于Modbus從站時，需要安裝此驅(qū)動協(xié)議，但安裝之前必須先安裝PtP Driver，此驅(qū)動可以在購買Modbus Dongle時選擇購買，也可以從以下的鏈接下載：27774276
2.4 STEP7 Micro/WIN V4.0 SP6
用于S7-200編程的軟件，本文檔中的200的程序是使用Step7 Micro/win 的軟件編寫。此軟件可以從西門子下載中心免費(fèi)下載，也可以從以下的鏈接下載。
http://www.ad.siemens.com.cn/download 網(wǎng)站 自動化系統(tǒng)>>S7-200>>軟件，文檔編號S0002。
2.5 Toolbox_V32-STEP 7-Micro WIN 32 Instruction Library
S7-200實(shí)現(xiàn)Modbus RTU功能，可以使用Modbus的指令庫，要使用西門子的標(biāo)準(zhǔn)指令庫，必須先安裝指令庫的軟件包 Instruction Library，安裝后，可以在Step 7-Micro/WIN軟件的庫中找到Modbus相關(guān)的指令，該軟件包可以從以下的鏈接下載。http://www.ad.siemens.com.cn/download 網(wǎng)站 自動化系統(tǒng)>>S7-200>>軟件，文檔編號S0010。
3. 硬件列表和接線
3.1 硬件列表
| S7-300從站 | CPU315-2DP | 6ES7 315-2AG10-0AB0 |
| CP341 RS422/485 | 6ES7 341-1CH01-0AE0 | |
| Dongle | 6ES7 870-1AB01-0YA0 | |
| PC 適配器（USB） | 6ES7 972-0CB20-0XA0 | |
| S7-200主站 | CPU 224XP | 6ES7 214-2BD23-0XB0 |
表1 硬件設(shè)備
3.2 硬件接線
3.2.1 接口定義
S7-200的通訊口為RS485物理口（9針口），CP341是RS422/485的接口類型（15針口），兩種設(shè)備的接口引腳的示意圖如下所示，更詳細(xì)的信息可以參考CP341及S7-200通信接口的手冊。
圖1 S7-200 CPU通信口引腳定義
圖2 S7-300 CP341 RS422/485 通訊口引腳定義
3.2.2 接線示意圖
圖3 硬件結(jié)構(gòu)和接線示意圖
4. 組態(tài)設(shè)置和編程
4.1 S7-200做Modbus主站的設(shè)置
S7-200 CPU上的通信口在電氣上是標(biāo)準(zhǔn)的RS-485半雙工串行通信口，此串行字符通信的格式：1個起始位；7/8位數(shù)據(jù)位；1位奇/偶/無校驗(yàn)；1停止位。通信波特率可以設(shè)置為1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或112500，符合這些格式的串行通訊設(shè)備可以和S7-200進(jìn)行自由口通訊，Modbus RTU指令庫就是使用自由口編程實(shí)現(xiàn)的。
4.1.1 Modbus RTU主站庫
使用Modbus 主站指令庫時需要注意的幾點(diǎn)：
圖4 庫存儲區(qū)設(shè)置
| Modbus 地址 | 讀 / 寫 | Modbus 從站須支持的功能 |
| 00001~09999 | 讀 | 功能1：讀輸出點(diǎn) |
| 數(shù)字量輸出 | 寫 | 功能5：寫單個輸出點(diǎn) |
| 功能15：寫多個輸出點(diǎn) | ||
| 10001~19999 | 讀 | 功能2：讀輸入點(diǎn) |
| 數(shù)字量輸入 | ||
| 30001~39999 | 讀 | 功能4：讀輸入寄存器 |
| 輸入寄存器 | ||
| 40001~49999 | 讀 | 功能3：讀保持寄存器 |
| 保持寄存器 | 寫 | 功能6：寫單個寄存器 |
| 功能16：寫多個寄存器 |
表2需要從站支持的功能
4.1.2 S7-200 Modbus主站編程
編程時，使用SM0.0調(diào)用MBUS_CTRL完成主站的參數(shù)初始化，詳細(xì)見下表，參數(shù)的說明也可以從子程序的局部變量表中找到。
圖5 Modbus RTU 主站初始化
圖中各參數(shù)含義如下
| 編號 | 符號/含義 | 說 明 |
| a | EN / 使能 | 必須保證每一掃描周期都被使能（使用SM0.0）。 |
| b | Mode / 模式 | 為1時使能為Modbus協(xié)議；為0時恢復(fù)為PPI協(xié)議。 |
| c | Baud / 波特率 | 支持的通訊波特率為1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200。 |
| d | Parity / 校驗(yàn) | 校驗(yàn)方式選擇：0＝無校驗(yàn)；1＝奇校驗(yàn)，2＝偶校驗(yàn)。 |
| e | Timeout / 超時 | 主站等待從站響應(yīng)的時間，以毫秒為單位，典型的設(shè)置值為 1000毫秒，允許設(shè)置的范圍為1-32767。這個值必須設(shè)置足夠大以保證從站有時間響應(yīng)。 |
| f | Done / 完成位 | 初始化完成，此位會自動置1。 |
| g | Error / 錯誤位 | 初始化錯誤代碼。 |
表3
調(diào)用 Modbus RTU 主站讀寫子程序MBUS_MSG，發(fā)送一個Modbus 請求。
圖6 調(diào)用Modbus RTU 主站讀寫子程序
圖中各參數(shù)含義如下
| 編號 | 符號/含義 | 說 明 |
| a | EN / 使能 | 同一時刻只能有一個讀寫功能使能。 |
| b | First / 讀寫請求位 | 每一個新的讀寫請求必須使用脈沖觸發(fā)。 |
| c | Slave / 從站地址 | 可選擇的范圍1–247。 |
| d | RW / 讀寫操作位 | 0＝讀， 1＝寫。 |
| e | Addr / 讀寫從站的數(shù)據(jù)地址 | 選擇讀寫的數(shù)據(jù)類型： |
| 00001 至 0xxxx - 開關(guān)量輸出 | ||
| 10001 至 1xxxx - 開關(guān)量輸入 | ||
| 30001 至 3xxxx - 模擬量輸入 | ||
| 40001 至 4xxxx - 保持寄存器。 | ||
| f | Count / 數(shù)據(jù)的個數(shù) | 通訊的數(shù)據(jù)個數(shù)（位或字的個數(shù)）。 |
| g | DaptPtr / 數(shù)據(jù)指針 | 如果是讀指令，讀回的數(shù)據(jù)放到這個數(shù)據(jù)區(qū)中； |
| 如果是寫指令，要寫出的數(shù)據(jù)放到這個數(shù)據(jù)區(qū)中。 | ||
| h | Done / 完成位 | 讀寫功能完成位。 |
| i | Error / 錯誤代碼 | 只有在Done位為1時，錯誤代碼才有效。 |
表4
從上圖中可見，S7-200作為Modbus RTU主站，波特率9.6Kb/s，偶校驗(yàn)，連接從站的站地址是3，數(shù)據(jù)存儲區(qū)為VB2000開始的區(qū)域。
4.2 CP341 做Modbus 從站的硬件組態(tài)
4.2.1 硬件組態(tài)
圖7 S7-300側(cè)硬件組態(tài)
4.2.2 設(shè)置Modbus參數(shù)
圖8 消息楨字符結(jié)構(gòu)
按照上述操作設(shè)置參數(shù)，從上圖可以看出，本例中的傳輸波特率9.6Kb/s，1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，偶校驗(yàn)位，1位停止位，從站站地址是3，主從通訊設(shè)備的字符幀格式和波特率等參數(shù)設(shè)置需要一致。
圖9 RS422/485 接口組態(tài)
RS422/485接口只能一個有效，接口的選擇只需要組態(tài)而不需要在硬件上短接。
4.2.3 Modbus驅(qū)動的下載
當(dāng)配置好Modbus通信的參數(shù)后，保存前需要向CP341下載Modbus Slave的驅(qū)動，一旦下載完成后無需再次下載。
需要注意的是，在下載驅(qū)動時（可以在無Dongle情況下下載），需要將CPU停機(jī)，然后下載，操作過程如下所示。
圖10 下載Dongle時，需要CPU停機(jī)
圖11 從站驅(qū)動下載后結(jié)果
4.2.4 CP341做Modbus從站的編程
從Step7 軟件下的EXAMPLE目錄中，找到項目名“zXX21_05_PtP_Com_MODSL”的項目，打開，然后將Modbus通訊模塊FB80傳遞到用戶項目中，打開路徑如下所示。
圖12 Modbus Slave 例程打開路徑
OB1中調(diào)用FB80編程如下：
圖13 FB80程序塊調(diào)用
CP卡初始化正常后，CP_START，CP_START_FM和CP_START_OK為1信號，否則CP_START_ERROR為1，同時可以從ERROR_NR察看錯誤信息，也可以在硬件組態(tài)中在線后的CP341的診斷緩沖區(qū)察看詳細(xì)的錯誤信息，錯誤信息對照和處理方式可以參考
《S7-300以用于PtP CP Modbus 協(xié)議RTU格式S7的可裝載驅(qū)動程序?yàn)閺恼尽返氖謨浴?
FB80的各參數(shù)含義如下
| LADDR | 硬件組態(tài)中CP341的起始邏輯地址，本例中為256 |
| START_TIMER | 初始化超時定時器，本例中為T120 |
| START_TIME | 初始化定時器時間，本例中為5S |
| OB_MASK | I/O訪問錯誤屏蔽位，本例中為True（I/O訪問錯誤已屏蔽） |
| CP_START | FB初始化使能位，本例中為M0.0 |
| CP_START_FM | CP_START 初始化的上升沿位，本例中為M0.1 |
| CP_NDR | 從CP卡寫操作位，本例中為m0.2 |
| CP_START_OK | 初始化完成且無錯誤，本例中為M0.3 |
| CP_START_ERROR | 初始化完成，但有錯誤，本例中為M0.4 |
| ERROR_NR | 錯誤號，本例中為MW2 |
| ERROR_INFO | 錯誤信息，本例中為MW4 |
表5
5. 通訊測試
Modbus RTU格式通信協(xié)議是以主從的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，在傳輸?shù)倪^程中主站是主動方，即主站發(fā)送數(shù)據(jù)請求報文到從站，從站返回響應(yīng)報文。Modbus 系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換是通過功能碼來控制的，以下對現(xiàn)場常用的功能碼進(jìn)行分類測試，關(guān)于功能碼的詳細(xì)信息請參考手冊。
5.1 FC01/05/15功能碼
CP341從站的通訊區(qū)域配置
圖14 FC01/05/15 參數(shù)組態(tài)界面
FC01、FC05、FC15對應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)為位輸出，數(shù)據(jù)的傳遞以位為單位，可以讀寫操作，用戶地址區(qū)為0xxxx，Modbus地址在信息傳遞中從0開始。如上圖，左邊為信息傳遞地址（地址區(qū)不能沖突），右邊對應(yīng)的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū)。例如左邊信息傳遞地址從0 ~ 7對應(yīng)用戶地址區(qū)為00001 ~ 00008，對應(yīng)S7-300的M10.0 ~ M10.7，并且以此為例說明FC01功能碼的通訊。
S7-200主站程序調(diào)用
圖15 功能碼FC01使用
S7-200主站，用功能碼FC01讀取從站8點(diǎn)數(shù)字量輸出，接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域，測試截圖結(jié)果如下。
圖16 FC01功能碼數(shù)據(jù)交換
5.2 FC02功能碼
CP341從站的通訊區(qū)域配置
圖17 FC02 參數(shù)組態(tài)界面
FC02對應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)為位輸出，數(shù)據(jù)的傳遞以位為單位，只讀操作，用戶地址區(qū)為1xxxx，Modbus地址在信息傳遞中從0開始，如上圖，左邊為信息傳遞地址（地址區(qū)不能沖突），右邊對應(yīng)的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū)。例如左邊信息傳遞地址從0 ~ 7對應(yīng)用戶地址區(qū)為10001 ~ 10008，對應(yīng)S7-300的M20.0 ~ M20.7，并且以此為例說明FC02功能碼的通訊。
S7-200主站程序調(diào)用
圖18 功能碼FC02使用
S7-200主站，用功能碼FC02讀取從站8點(diǎn)數(shù)字量輸入，接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域，測試截圖結(jié)果如下。
圖19 FC02功能碼數(shù)據(jù)交換
5.3 FC03/06/16 功能碼
CP341從站的通訊區(qū)域配置
圖20 FC03/06/16參數(shù)組態(tài)界面
FC03/06/16 對應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)為寄存器，數(shù)據(jù)的傳遞以字為單位，可以讀寫操作，用戶地址區(qū)為4xxxx，Modbus地址在信息傳遞中從0開始。如上圖，左邊為信息傳遞地址，右邊對應(yīng)的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū)，左邊傳輸?shù)刂凡豢筛?，右邊只對?yīng)一個數(shù)據(jù)區(qū)。例如用戶地址
區(qū)為40001 ~ 40004，對應(yīng)S7-300數(shù)據(jù)區(qū)為DB1.DBW0 ~ DB1.DBW6，并且以此為例說明
FC03功能碼的通訊。
S7-200主站程序調(diào)用
圖21功能碼FC03使用
S7-200主站，用功能碼FC03讀取從站4個字寄存器，接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域，測試截圖結(jié)果如下。
圖22 FC03功能碼數(shù)據(jù)交換
5.4 FC04 功能碼
CP341從站的通訊區(qū)域配置
圖23 FC04參數(shù)組態(tài)界面
FC04對應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)為寄存器輸入，數(shù)據(jù)的傳遞也以字為單位，只讀操作，用戶地址區(qū)3xxxx，Modbus地址在信息傳送中從0開始。如上圖，左邊為信息傳遞地址，右邊對應(yīng)的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū)，左邊傳輸?shù)刂凡豢筛?，右邊只對?yīng)一個數(shù)據(jù)區(qū)。例如用戶地址區(qū)為30001 ~ 30004，對應(yīng)S7-300數(shù)據(jù)區(qū)為DB1.DBW0 ~ DB1.DBW6，并且以此為例說明FC04功能碼的通訊。
S7-200主站程序調(diào)用
圖24功能碼FC04使用
S7-200主站，用功能碼FC04讀取從站4個字輸入寄存器，接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域，測試截圖結(jié)果如下。
圖25 FC04功能碼數(shù)據(jù)交換
5.5 Limits 欄
圖26 Limits 參數(shù)組態(tài)界面
對于寫功能碼FC05、06、15、16，可以禁用或限制訪問相關(guān)S7-300存儲區(qū)，即使用這些功能碼時，S7-300存儲區(qū)需要在設(shè)定的最小和最大的范圍之間，如果訪問的區(qū)域超出這個范圍，則訪問會被拒絕，同時輸出報錯誤信息。
6. 總結(jié)
本文檔以S7-200為主站和CP341為從站簡單介紹了Modbus RTU通訊，關(guān)于通訊的組態(tài)設(shè)置，編程以及常用功能碼的使用，其具體的使用可以作為西門子串行通訊模塊與第三方的儀表、設(shè)備等進(jìn)行串行通信的參考。
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