Modbus协议在SPLC与PC机通信中的应用

1、modbus协议在s7-200 plc与pc机通信中的应用定义使用modbus通信i办议是modicon公司提出的一种报文传输协议，它广泛应 用于工业控制领域，并已经成为一种通用的行业标准。不同厂商提供的控制设置 可通过modbus协议连接成通信网络，从而实现集屮控制。根据传输网络类型的区别，modbus通信协议又分为串行链路上的modbus 和基于tcp/ip协议的modbusomodbus串行链路i办议只有一个主站，可以有1-247个从站。modbus通信只 能从主站发起，从站在未收到主站的请求时，不能发送数据或互相通信。modbus串行链路协议的通信接口可采用rs-485接口，也可使用r

2、s-232c 接口。具中rs-485接口可用于远距离通信，rs-232c接口只能用于短距离通信。modbus报文传输格式：modbus寻址modbus地址通常是包含数据类型和偏移量的5个或6个字符值。第一个或 前两个字符决定数据类型，最后的四个字符时符合数据类型的一个适当的值。 modbus主设备指令能将地址映射至止确的功能，以便发送到从站。1 modbus主站寻址。modbus主设备指令支持卜列modbus地址：(1) 00001至09999是离散输出(线圈)。(2) 10001至19999是离散输入(触点)。(3) 30001至39999是输入寄存器(通常是模拟量输入)。(4) 40001

3、至49999是保持寄存器。所有modbus地址均以1为单位，表示第一个数据值从地址1开始。有效地 址范围将取决于从站。不同的从站将支持不同的数据类型和地址范围。2 modbus从站寻址modbus从站指令支持以下地址：(1) 000001至000128是实际输岀，对应于q0.0-q15.7o（2）010001至010128是实际输入，对应于10.0115.7。（3）030001至030032是模拟输入寄存器，对应于aiw0至aiw2。（4）040001至04xxxx是保持寄存器，对应于v区。modbus从站亦议允许你对modbus主站可访问的输入、输出、模拟输入和 保持寄存器（v去）的数量进行

4、限定ombusjnit指令的参数maxiq指定modbus 主站允许访问的实际输入或输出（i或q）的最人数量。mbusjnit指令的maxai 参数指定modbus主站允许访问的输入寄存器（aiw）的最人数量。mbusjnit 指令的maxhold参数指定modbus主站允许访问的保持寄存器（v存储区字）的 最大数量。modbus地址与s7-200地址对应关系如下表所示。000001qo.o00(x)02q0.1000003q0.2 000127q15.6000128q15.701000110.001(x)0210.101000310.2 010127115.6010128115.703000

5、1aiwo03(x)02aiw2030003aiw4 030032aiw62040001holdstart040002holdstart+2040003holdstart+4 04xxxxholdstart+2x( xxxx-1)modbus寻址：ascii模式和rtu模式modbus通信协议有ascii和rtu （远程传输单元）两种报文传输模式。modbus网络屮所有的站必须采用相同的传输模式和串口参数。ascii模式采用lrc （纵向冗余校验）方式进行校验，其报文格式如下表所示: 地址功能 码数量 字节 数数据1 数据nlrc 高字|jlrc 低字|j回车换行ascii模式中，报文帧中的何

6、:个8位字节都转换为两个ascii码发送。报文 屮的每个ascii码都由16进制字符组成，传输的每个字符都包括1个起始位、 7个数据位、1个奇偶校验位、1个停止位；如果没有校验位，则有两个停止位。lrc计算时不包括开始的冒号符、lrc本身和回车换行符。rtu模式的报文格式如下表所示:地址功能码数据1 数据ncrc高字 节crc低字 节地址：modbus地址，1个字节。功能码:modbus功能代码，1个字符o modbus协议支持的功能码16条（1-16）, 具中西门子modbus rtu协议库支持最常用的8条。信息数据：n个字节，格式与功能码有关。crc：循环兀余校验，两个字节。西门子modb

7、us rtu协议库支持最常用的8条功能码如下表所示:功能码描述1读取单个/多个线圈的实际输出状态。功能1返冋任意数量输出点的 接通/断开状态（q）。2读取单个/多个线圈的实际输入状态。动能2返冋任意数量的输入点 的接通/断开（do3多个保持寄存器，功能3返回v存储器的内容。保持寄存器在modbus 下是字类型，在一个请求中最多可读120个字。4读单个/多个输入寄存器，返回模拟输入值。5写单个线圈（实际输出）。功能5将实际输出点设置为指定值。改输 出点不是被强制，用户程序可以車写由modbus的请求而写入的值。6写单个保持寄存器。功能6写一个单个保持寄存器的值到s7-200的 v存储区。15写多

8、个线圈（实际输出）。动能15写多个实际输出值到s7-200的q 映像区。起始输出点必须是一个字节的开始（如，q0.0或q2.0）,并 且要写的输出的数量是8的倍数。这是modbus从站协议指令的限定。 这些点不是被强制，用八程序可以重写山modbus的请求而写入的值。16写多个保持寄存器。功能16写多个保持寄存器到s7-200的v区。在一个请求屮最多可以写120字。modbus报文传输格式rtu模式下，报文中的每8位字节被转化为两个16进制字符，然后以字节 为单位进行传输，并采用crc (循环兀余校验)方式进行校验。rtu模式的有点 在于同波特率下有着比ascii模式更高的传输效率。目前支持m

9、odbus通信的dcs系统和过程仪表大都采用基于串行接口的 modbus rtu模式，西门子提供了针对西门子plc modbus rtu通信的协议库。如果要在西门子plc上实现modbus ascii模式通信，用户可根据相关协议 规定利用口出口模式口主编程实现。西门子专门为modbus rtu通信开发了指令库，极大地简化了 modbus rtu 通信的开发，以便于快速实现相关应用。通过modbus rtu从站指令库，是的 s7-200可作为modbus rtu中的从站设备集成到modbus网络中，以实现与modbus 主站设备的通信。而在最近推出的step7-micro/win sp5升级包中

10、，西门子又增加了 modbus rtu master指令库，使得s7-200 cpu可作为modbus主站，实现与modbus rtu 从站的通信任务。耍使用modbus指令库必须注意以下四点：(1) 使用modbus指令库前,需要将其安装到step7-micro/win中， step7-micro/win必须为v3. 2或以上版木。(2) s7-200 cpu必须是固化程序修订版2. 00或最好支持modbus主设备i办 议库(cpu mlfb 21x-2xx23-0xb0)o(3) 由于冃前已经推出了针对端口 0和端口 1的modbus rtu主站指令库 modbus master por

11、to 和 modbus master portl > 以及针对端口 0 的 modbus rtu 从站指令库，故可利用指令库实现端口 0的modbus rtu主/从站通信。(4) 一日.cpu端口被利用于modbus rtu主/从站|办议通信时，该端口就无 法用于任何其它用途，包括与step7-micro/win通讯。modbus主站协议指令:西门子modbus主站协议库包括两条指令:mbus.ctrl指令和mbus_msg 指令。mbus.ctrl指令用于初始化主站通信，mbus.msg指令（或用于端口 1 的mbus_msg_p1）用于启动对modbus从站的请求并处理应答。mbus

12、.ctrl扌旨令用于s7-200端口 0的mbus.ctrl指令（或用于端口 1 的mbus_ctrl_p1指令）可初始化、监视或禁用modbus通讯。在使用 mbus_msg指令之前，必须正确执行mbus.ctrl指令。指令完成后立即设 定“完成”位，才能继续执行下一条指令。mbus.ctrl指令在每次扫描且en输入打开时执行。mbus.ctrl指令必 须在每次扫描时（包括首次扫描）被调用，以允许监视随mbus.msg指令启动 的任何突出消息的进程。除非每次调用mbus_ctrl,否则modbus主设备协议 将不能正确运行。西门了 en：指令使能位。mode： “模式”参数。“模式”输入数值

13、选择通讯协议输入值1将cpu端口 分配给modbus协议并启用改协议。输入值0将cpu端口分配给ppi系统协议, 并禁用modbus协议。baud： u波特率”参数。mbus.ctrl指令支持的波特率为1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 或 115200bit/s。parity："奇偶校验”参数。“奇偶校验”参数被设为与modbus从站奇偶校验 相匹配。所有设置使用一个起始位和一个停止位。可接受的数值为：0无奇偶校验1奇校验2偶校验timeout： 时”参数。“超时”参数设为等待来自从站应答的毫秒时间数。 “超时”数值可以设置的范i

14、韦i为1毫秒到32767毫秒。典型值是1000毫秒 （1秒）。“超时”参数应该设置的足够大，以便从站有时间对所选的波特率 作出应答。done： mbus_ctrl指令成功完成时，“完成”输出为1,否则为0。error： “错误”输出代码。“错误”输出代码由反应执行该指令的结果的特定 数字构成。“错误”输出代码的含义如下：0 无错误1奇偶校验选择无效2波特率选择无效3 超时选择无效4模式选择无效上述参数支持的操作数和数据类型如下表所示。输入/输出操作数数据类型modei, q, m, s, sm, t, c, v,l布尔baudvd, id, qd, md, smd,ld, ac, consta

15、nt, *vd, *ac, *ld双字parityvb, ib, qb, mb, smb,lb, ac, constant, *vd, *ac, *ld匚-1 !timeoutvw, iw, qw, mw, smw,lw, ac, constant, *vd,*ac, *ld字donei, q, m, s, sm, t, c, v,l布尔eitorvb, ib, qb, mb, smb, lb, ac, *vd, *ac, *ld字节mbus.msg 指令mbus.msg指令（或用于端口 1的mbus_msg_p1）用于启动对modbus 从站的请求并处理应答。当en输入和“首次”输入都为1时

16、，mbus_msg指令启动对modbus从 站的请求。发送请求、等待应答、并处理应答通常需要多次扫描。en输入必须 打开以启用请求的发送，并应该保持打开直到“完成”位被置位。必须注意的是，一次只能激活一条mbus.msg指令。如果启用了多条 mbus_msg指令，则将处理所执行的第一条mbus_msg指令，z后的所有mbus_msg指令将屮止并产生错误代码6oen：指令使能位。first： “首次”参数。“首次”参数应该在有新请求耍发才打开以进行一次扫 描。“首次”输入应当通过一个边沿检测元素（例如上升沿）打开，这将导致请 求被传送一次。slave："从站”参数。“从站”参数是mod

17、bus从站的地址，允许的范围是0 到247。地址0是广播地址，只能用于写请求。不存在对地址0的广播请求的应 答。并非所有的从站会支持广播地址，s7-200 modbus从站办议库不支持广播地 址。rw： “读写”参数。“读写”参数指定是否要读取或写入该消息。“读取”参 数允许使用下列两个值：0读，1 写。add地址”参数。“地址”参数是起始的modbus地址。允许使用下列収 值范围:00001至09999是离散输出（线圈）10001至19999是离散输入（触点）30001至39999是输入寄存器40001至49999是保持寄存器其屮离散输出（线圈）和保持寄存器支持读取和写入请求，而离散输入（触

18、 点）和输入寄存器支持读取请求。“地址”的具体值应与modbus从站支持的地址一致。count： “计数”参数。“计数”参数指定在该请求中读或写入的数据元素的 数日。“计数”数值是位数（对于位数据类型）和字数（对于字数据类型）。根据modbus协议，“计数”参数与modbus地址存在以下对应关系:地址计数oxxxx“计数”是要读取或写入的位数。lxxxx“计数”是要读取的位数。3xxxx“计数”是要读取的输入寄存器的字数。4xxxx“计数”是要读取或写入的保持寄存器的字数。mbus_msg指令将读取或写入最大120个字或1920他（240字节的数据）。“计数”的实际值还取决于modbus从站中

19、的限制。dataptr： “dataptr” 参数。“dataptr” 参数是指向 s7-200cpu 的 v 存储器中 与读取或写入请求相关的数据的间接地址指针。对于读取请求，dataptr应指向 用于存储从modbus从站读取的数据的第一个cpu存储器位置。对于写入请求, dataptr应指向要发送到modbus从站的数据的第一个cpu存储器位置。done：完成输出。完成输出在发送请求和接收应答时关闭。“完成”输出在 应答完成或mbus_msg指令因错误而屮止时打开。error： “错误”输出仅当“完成”输出打开时有效。低位编号的错误代码（1 到8）是由mbus_msg指令检测到的错误。这

20、些错误代码通常指示与 mbus_msg指令的输入参数有关的问题，或接收来自从站的应答时出现的问 题。奇偶校验和crc错误指示存在应答但是数据未正确接收。这通常是曲电气 故障（例如连接有问题或者电噪声）引起的。髙位编号的错误代码（从101开始）是由modbus从站返回的错误。这些错 误指示从站不支持所请求的功能，或者所请求的地址（或数据类型或地址范围） 不被modbus从站支持。mbus.msg指令错误代码含义如下所示:mbus msg错误代码说明0无错误1应答时奇偶校验错误：权当使用偶校验或奇 校验时才会发生。传输被干扰，可能会收到 不正确的数据。该错谋通常是由电气故障（例 如错误接线或者彫响

21、通讯的电噪声）引起的。2保留位，暂未启用。3接收超时：在“超时”时间内，没有来自从 站的应答，nj能有以下一些原因：为从站的 电气连接有问题、主设备和从站设置为不同 的波特率/奇偶校验设置，以及错误的从站地 址。4请求参数出错：一个或多个输入参数（从站、 读写、地址或计数）被设置为非法值。检查 文档中输入参数的允许值。5modbus主设备未启用:在调用mbus.msg前，每次扫描时都调用mbus ctrlo6modbus忙于处理另一个请求：只能激活一 条mbus.msg指令。7应答时岀错：收到的应答与请求不相关。这 表示从站屮出现了某些错谋，或者错谋的从 站应答了请求。8应答时crc错误：传输

22、被干扰，可能会收到 不正确的数据。该错谋通常是由电气故障（例 如错误链接或者影响通讯的电噪声）引起的。101从站不支持在该地址处所请求的功1党，请参 阅表1-4.102从站不支持数据地址：“地址”加上“计数” 所要求的地址范围超出了从站所允许的地址 范围。103从站不支持数据类型：该“地址”类型不被 从站支持。104从站故障。105从站已接受消息但应答延迟：这是 mbus_msg的错误，用户程序应在稍后重新 发送请求。106从站忙，因此拒绝消息：可以再次尝试相同 的请求，以获得应答。107从站因未知原因而拒绝消息。108从站存储器奇偶校验错误：从站中有错胡。上述参数支持的操作数和数据类型如下表

23、所示:输入/输lu数据类型操作数firsti, q, m, s, sm, t, c, v,l（以上升沿检测元素为条件 的功率流）布尔slavevb, ib, qb, mb, smb, lb, ac, constant, *vd, *ac, *ld字节rwvb, ib, qb, mb, smb, lb, ac, constant, *vd, *ac, *ld字节addrvd, id, qd, md, smd,ld, ac, constant, *vd, *ac, *ld双字countvw, 1w, qw, mw, smw,lw, ac, constant, *vd,*ac, *ld整型datap

24、tr&vb双字donei, q, m, s, sm, t, c, v,布尔lerrorvb, ib, qb, mb, smb, lb, ac, *vd, *ac, *ld字节mbus.init 指令：西门子 modbus从站协议库包括两条指令：mbusjnit指令和 mbus_slave 指令。mbus.init指令用于启用和初始化或禁止modbus通讯。mbus_slave指令用于为modbus主设备发出的请求服务。mbusjnit指令用于启用和初始化或禁止modbus从站通讯。在使用 mbus_slave指令之前，必须正确执行mbus_init指令。指令完成后立即设 定“完成”位，

25、才能继续执行下一条指令。en：指令使能位。mode：模式选择，启动/停止modbus从站通信。mode参数允许使用一卜.两 个数值：1启动，0停止。address：从站地址，modbus从站地址，取值1-247.baud：游特 率 可选 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200。parity：奇偶校验，0二无校验；1二奇校验；2=偶校验。delay：延时，附加字符间延时，缺省值为0。maxiq：歇 i/q位，参与通信的最人i/o点数,s7-200的i/o映像区128/128, 缺省值为128«maxai：最人ai字数，参与

26、通信的最人ai通道数，可为16或32。maxhold：设定供modbus地址4xxxx使用的v存储器屮的字保持寄存器数 目。holdstart：保持寄存器区起始地址，以&vbx指定（间接寻址方式）。done：初始化完成标志，成功初始化后置1。error：初始化错误代码。mbus_init指令错误代码的含义如下表所示:错误代码说明0无错误1内存范围错误2非法波特率或奇偶校验3非法从属地址4非法modbus参数值5保持寄存器与modbus从属符号重叠6收到奇偶校验错误7收到crc错误8非法功能请求/功能不受支持9请求中的非法内存地址10从属功能未启用上述参数支持的操作数和数据类型如下表所示

27、:输入/输出操作数数据类型模式、地址、奇偶校验vb, ib, qb, mb, smb,lb, ac, constant, *vd, *ac, *ld字节波特、holdstartvd, id, qd, md, smd,ld, ac, constant, *vd, *ac, *ld双字延时、maxiq , max al ,maxholdvw, iw, qw, mw, smw,lw, ac, constant, *vd, *ac, *ld字完成i, q, m, s, sm, t, c, v,l布尔错误vb, ib, qb, mb, smb, lb, ac, *vd, *ac, *ld字节mbus_s

28、lave指令被用于为modbus主设备发出的请求服务，并且必须在 每次扫描时执行，以便允许该指令检查和回答modbus请求。mbus_slave指令无输入参数，在每次扫描且en输入开启时执行。en：指令使能位。done： modbus执行通信中时置1,无modbus通信活动时为0。error:错误代码。mbus slave指令错误代码的含义如下表所示:错误代码说明0无错误1内存范围错误2非法波特率或奇偶校验3非法从属地址4非法modbus参数值5保持寄存器与modbus从属符号重克6收到奇偶校验错谋7收到crc错误8非法功能请求/功能不受支持9请求中的非法内存地址10从屈功能未尼用附例。k硬件

29、设置例程屮的modbus通讯是在两个s7-200cpu的0号通讯口间进行的（最好每个 cpu都有两个通讯口）。在主站侧也可以选择相应库文件"mbus_ctrl_pt 秋,mbus_msg_pr,通过1号通讯口通信。通讯口 1与micro/win建立pg或 pc连接，两个cpu的通讯口 0通过ppi电缆进行连接（电缆的针脚 连接2, 3,7, 8)2、参数匹配对于modbus通讯，主站侧需要程序库”mbus_ctrl苗itmbus_msg”，从 站侧需要程序库” mbus_init”和” mbus_slave”。在micro/win中你需要为主站和从站新建一个项目，程序与参数设置。必须 要保证主站与从站的“baud”和“ parity "的参数设置要一致，并且程序 块"mbus_msg”中的slave地址要与程序块"mbus_inft中的"addr"所设置的一致。micro/win “系统块”中设置的0通讯口的波特率与modbus协议无关("mode''=t)。3、库的存储地址项口完成后必须要在micro/win屮定