Modbus TCP是标准的网络通信协议,通过CPU上PN接口进行TCP/IP通信,不需要额外的通信硬件模块,Modbus TCP使用开放式用户通信连接作为Modbus通信路径,所支持的混合客户机和服务器连接数最大为CPU所允许的最大开放式用户通信连接数8个。
软件 STEP7 V11 SP1版本开始,S7-1200CPU 从Firmware V1.0.2开始,不再需要安装Modbus TCP的库文件,可以直接调用Modbus TCP的库指令“MB_CLIENT”和“MB_SERVER”使用实现Modbus TCP通信功能,如图1所示。
图1. Modbus TCP的库指令
MB_CLIENT 进行客户机和服务器TCP连接、发送命令消息、接收响应以及控制服务器的断开。
1.调用MB_CLIENT通信指令,进入 “Program blocks” > “OB1” 主程序中,调用MODBUS TCP客户机指令,如图2所示。
图2. MB_CLIENT通信指令
功能块参数意义如下表1.:
管脚 | 说明 |
REQ | 使能: False-无Modbus通讯请求,True-请求与服务器通讯,Done完成位来后才可以执行下次请求,建议采用上升沿触发请求; |
DISCONNECT | 控制与服务器建立和终止连接:0-建立与指定IP地址和端口号的通讯连接,默认为0;1-断开通讯连接,在终止连接的过程中,不执行任何其他功能; |
CONNECT_ID | 连接的ID号:每个连接只有一个唯一的ID号; |
IP_OCTET_1~4 | 服务器的IP地址: 如图2.中通讯对方的IP地址是192.168.0.210; |
IP_PORT | 服务器上使用TCP/IP协议与客户端建立通讯的IP端口号,默认值:502; |
MB_MODE | 选择请求模式(读取、写入或诊断),具体对照参照表1.; |
MB_DATA_ADDR | 访问数据的起始地址; |
MB_DATA_LEN | 数据长度:数据访问的位数或字数; |
MB_DATA_PRT | 指向Modbus数据寄存器的指针:用于缓存从Modbus服务器接收的数据或将发送到Modbus服务器数据的缓冲区,可以是DB块或M区,如果是DB块则需要定义为“标准与S7- 300/400兼容”的类型,见下图3; |
DONE | 完成位:作业完成,无错误,该位置1; |
BUSY | 作业状态位:0-当前没有正在处理的“MB_CLIENT”作业;1-“MB_CLIENT”作业正在处理; |
ERROR | 错误位:0-无错误;1-出现错误,错误原因查看STATUS; |
STATUS | 错误代码; |
表1. 功能块参数意义
2.MB_DATA_PTR数据块的新建
通过“Program blocks”>“Add new block”,选择“Data block”创建 DB 块,选择“标准与S7- 300/400兼容” ,点击“OK”键,定义数据区为100个字的数组,如图3所示。
图3. 创建MB_DATA_PTR数据块
3. MB_MODE、MB_DATA_ADDR和功能码的关系
MB_CLIENT指令中,MB_MODE、MB_DATA_ADDR和MB_DATA_LEN三个参数组合定义了当前Modbus消息中所用的功能代码,如表2.。
Modbus 功能 | MB_MODE | MB_DATA_ADDR | 操作和数据类型 | 数据长度 |
FC01 | 0 | 00001~09999 | 读取输出位 每个请求1~2000个位 | 1~2000 |
FC02 | 0 | 10001~19999 | 读取输入位 每个请求1~2000个位 | 1~2000 |
FC03 | 0 | 40001~49999 或 400001~465535 | 读取保持寄存器 每个请求1~125个字 | 1~125 |
FC04 | 0 | 30001~39999 | 读取输入字 每个请求1~125个字 | 1~125 |
FC05 | 1 | 00001~09999 | 写一个输出位 每个请求1个位 | 1 |
FC06 | 1 | 40001~49999 或 400001~465535 | 写一个保持寄存器 每个请求1个字 | 1 |
FC15 | 1 | 00001~09999 | 写多个输出位 每个请求2~1968个位 | 2~1968 |
FC16 | 1 | 40001~49999 或 400001~465535 | 写多个保持寄存器 每个请求2~123个字 | 2~123 |
FC15 | 2 | 00001~09999 | 写一个或多个输出位 每个请求1~1968个位 | 1~1968 |
FC16 | 2 | 40001~49999 或 400001~465535 | 写一个或多个保持寄存器 每个请求1~123个字 | 1~123 |
FC11 | 11 | 读取服务器通信状态字和事件计数器:状态字反映处理状态(0-未处理;0XFFFF-处理中);每次成功发送一条消息后,事件计数器都将递增。执行功能时,MB_CLIENT指令的MB_DATA_ADDR和MB_DATA_LEN参数都将被忽略。 | 0 | |
FC08 | 80 | 通过数据诊断代码0X0000检查服务器状态 每次请求1个字 | 1 | |
FC08 | 81 | 通过数据诊断代码0X000A重新设置服务器事件计数器 每次请求1个字 | 1 | |
3~10、12~79、82~255 | 保留 |
表2. MB_MODE、MB_DATA_ADDR和功能码的关系
如上例中S7-1200作客户机,用FC03功能码读取服务器的两个字,起始从Modbus地址40001开始,接收的数据存放在缓冲区DB3.DBX0.0开始区域,设置如上:MB_MODE=0,MB_DATA_ADDR=40001,MB_DATA_LEN=2,对应关系为:40001->DB3.DBW0 ,40002->DB3.DBW2。
4.服务器端Modbus Slave 软件设置
注意:服务器采用Modbus Slave软件测试,该软件是第三方软件,可以从 internet 网络上下载。
首先将测试电脑的IP地址设置成192.168.0.210,如图4所示,打开Modbus Slave 软件,在Modbus Slave的“Set up->Slave Definition”中设置功能码、起始地址、长度等,如图5所示。
图4. 电脑的IP地址设置
图5. 服务器端Modbus Slave软件设置
创建Modbus TCP/IP连接,在“Connection->connect...”中打开连接属性对话框,选择“Modbus TCP/IP” ,TCP/IP Server Port本地服务器端口为502,并可以勾选“Ignore Unit ID”选项,如图6所示。
图6. 连接属性
注意:图5.中的Slave ID 是服务器的站地址,和客户机中“MB_CLIENT” 中的“CONNECT_ID” 不是一个概念,实际上与客户机中“MB_CLIENT”的背景数据块中的STAT变量“MB_UNIT_ID”需要一致,在1200中该地址默认为16#00FF,如图7 所示,可以在变量表中修改与实际服务器站地址一致。如果在图6中勾选“Ignore Unit ID”,则不需要考虑一致情况,如果不勾选,则需要修改一致。
图7. 客户机中“MB_CLIENT”的背景数据块中的STAT变量“MB_UNIT_ID”
5.通讯测试
S7-1200作客户机,用FC03功能码读取服务器的两个字,设置客户机和服务器的功能、起始地址、端口等参数相对应,具体设置如上,设置M5.0和M0.0为1,触发请求,如图8所示。
图8. S7-1200作客户机,用FC03功能码读取服务器的两个字
通讯结果如图9所示,从服务器读到数据20,30到客户机的DB3.DBW0和DB3.DBW2区域。
图9. 通讯结果
6.MB_CLIENT 参数 STATUS 错误代码查询参考下面两个列表3.和表4.。
STATUS(W#16#) | Modbus服务器返回的代码(B#16#) | 错误说明 |
8381 | 01 | 不支持功能代码 |
8382 | 03 | 数据长度错误 |
8383 | 02 | 数据地址错误或访问的数据超出MB_DATA_PTR的地址区 |
8384 | 03 | 数据值错误 |
8385 | 03 | 不支持诊断错误代码(功能代码08) |
表3. 协议错误代码
STATUS(W#16#) | 错误说明 |
7001 | MB_CLIENT 正在等待Modbus服务器响应指定TCP端口处的连接或断开连接请求,仅在第一次执行连接或断开操作时才报告此代码 |
7002 | MB_CLIENT 正在等待Modbus服务器响应指定TCP端口处的连接或断开连接请求,等待连接或断开操作完成时,将针对任何后续执行报告此代码 |
7003 | 断开操作已成功完成(仅在一个PLC扫描周期内有效) |
80C8 | 服务器在指定的时间内无响应,请检查与Modbus服务器设备的连接,尝试过任何组态的重试操作后,才报告此错误 |
8188 | 参数MB_MODE的值无效 |
8189 | 参数MB_DATA_ADDR的值无效 |
818A | 参数MB_DATA_LEN的长度无效 |
818B | 参数MB_DATA_PTR中的指针无效 |
818C | 参数MB_DATA_PTR指向优化的区域,必须为“标准与S7- 300/400兼容”的DB或M区 |
8200 | 端口正在处理另一个Modbus请求 |
8380 | 接收到的Modbus桢有缺陷或接收到的字节太少 |
8387 | 指定的连接ID与用于先前请求的ID不同,只能有一个单个连接ID与每个MB_CLIENT背景数据块配合使用 |
8388 | Modbus服务器返回一些和请求内容不同的数据,这只适合Modbus功能15或16 |
表4. 参数错误代码
除了上面列出的MB_CLIENT错误外,也可以从底层传输通信指令(TCON、TDISCON、TSEND和TRCV)返回错误,参考相应指令的错误代码。