200 Smart Modbus TCP通信详解.docx
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200SmartModbusTCP通信详解
200SmartModbusTCP通信详解
文章内容概述:
ØModbusTCP通信概述
ØModbusTCP客户端配置
ØModbusTCP服务器配置
ØModbusTCP轮询例程
ØS7-200SMARTCPU与调试助手进行ModbusTCP通信例程
Ø常见问题
1.ModbusTCP通信概述
ModbusTCP通信是通过工业以太网TCP/IP网络传输的Modbus通信。
S7-200SMART采用客户端-服务器方法,Modbus客户端设备通过该方法发起与Modbus服务器设备的TCP/IP连接。
建立连接后,客户端向服务器发出请求,服务器将响应客户端的请求。
客户端可请求从服务器设备读取部分存储器,或将一定数量的数据写入服务器设备的存储器。
如果请求有效,则服务器将响应该请求;如果请求无效,则会回复错误消息。
S7-200SMART支持做ModbusTCP的客户端或者服务器,可以实现PLC之间通信,也可以实现与支持此通信协议的第三方设备通信。
通信伙伴数量比较多的时候,可以使用交换机,扩展以太网接口,如图1.通信功能
图1.通信功能
STEP7-Micro/WINSMART从V2.4版本开始,软件中直接集成ModbusTCP库指令。
安装软件后,ModbusTCP指令位于STEP7-Micro/WIN SMART项目树中“指令”文件夹的“库”文件夹中。
如图2.ModbusTCP库指令所示。
指令分为客户端和服务器两种,目前指令版本为V1.0。
图2.ModbusTCP库指令
ModbusTCP客户端:
✓Modbus客户端指令MBUS_CLIENT使用CPU的以下资源:
✓占用主动连接资源。
最多有8个主动连接资源
✓连接多个服务器伙伴时,自动生成连接ID。
ModbusTCP客户端使用以下程序实体:
✓1个子程序
✓2849个字节的程序空间
✓V存储器的638字节模块,用于指令符号
ModbusTCP服务器:
✓Modbus服务器指令MBUS_SERVER使用CPU的以下资源
✓占用被动连接资源。
最多有8个被动连接资源
✓连接多个客户端伙伴时,自动生成连接ID。
ModbusTCP服务器使用下列程序实体:
✓1个子程序
✓2969个字节的程序空间
✓V存储器的445字节模块,用于指令符号
指令库编程后,必须从STEP7-Micro/WINSMART的为使用的指令分配库存储区地址。
2.ModbusTCP客户端配置
(1)S7-200SMARTModbusTCP客户端指令
STEP7-Micro/WINSMART从V2.4版本开始,软件中直接集成ModbusTCP库指令,无需单独安装或者购买。
安装软件后,ModbusTCP指令位于STEP7-Micro/WIN SMART项目树中“指令”文件夹的“库”文件夹中。
如图1.ModbusTCP库指令所示。
指令分为客户端和服务器两种,目前指令版本为V1.0。
客户端指令会占用开放式用户通信资源主动连接,最多8个;服务器指令会占用开放式用户通信资源的被动连接资源,最多也是8个。
图1.ModbusTCP库指令
(2)实验环境及通信任务
下面以两台S7-200SMART之间进行ModbusTCP通信为例,详细阐述客户端与服务器侧如何编程及通信的过程。
具体的实验环境见表1.;通信任务见表2:
表1.实验环境
操作系统
WIN7SP1专业版64位
编程软件
STEP7-Micro/WINSMARTV2.4版本
硬件
SR60:
6ES7288-1SR60-0AA0固件:
V2.4版本
ST20:
6ES7288-1ST20-0AA0固件:
V2.4版本
交换机:
CSM1276GK7277-1AA10-0AA0
表2.通信任务
硬件
通信角色
IP地址
端口号
读/写
数据区域
SR60
客户端
192.168.0.60
0
读
VB20-VB31
ST20
服务器
192.168.0.20
502
响应
VB0-VB11
(3)客户端侧指令编程
a.系统块中设置客户端的IP地址,以确保IP地址设置无误。
此步骤为可选,如果确定IP地址设置无误,可忽略此步骤。
设置方法如图2.所示。
图2.系统块设置IP地址
b.鼠标点击MAIN主程序的程序段1的编程区域,从库文件夹下找到ModbusTCP客户端指令MBUS_CLIENT,鼠标双击,指令出现在程序段1中,操作如图3.所示。
图3.添加客户端指令
c.填写客户端指令参数,如图4.所示。
图4.填写客户端参数
程序块具体参数详细解释介绍见表3.
参数及类型
数据类型
说明
Req
IN
BOOL
=1:
表示向服务器发送Modbus请求
Connect
IN
BOOL
=1:
尝试与分配的IP地址及端口号建立连接;
=0:
尝试断开已经建立的连接,忽略Req的任何请求
IPAddr1-4
IN
BYTE
填写ModbusTCP服务器的IP地址IPAddr1-4为高到低字节
IP_Port
IN
BYTE
填写ModbusTCP服务器的端口号
RW
IN
BYTE
指定操作模式=0:
读;=1写
Addr
IN
DWORD
要进行读写的参数的Modbus起始地址
Count
IN
INT
要进行读写的参数数据长度;
数字量输入/输出Count=1表示1bit,最大1920位
对于模拟量输入和保持寄存器,最大Count值为120字。
DataPtr
IN_OUT
DWORD
数据寄存器地址指针,指向本地用于读/写操作的数据地址区域的首地址
Done
OUT
BOOL
TRUE:
以下任一条件时为真:
客户端已与服务器建立连接;客户端已与服务器断开连接;客户端已接收Modbus响应;发生错误
FALSE:
客户端正忙于建立连接或等待来自服务器的Modbus响应。
Error
OUT
BOOL
出现错误,仅一个周期有效
d.鼠标选中程序块文件夹,单击右键,下拉菜单中选择库存储器,如图5.所示。
图5.点击库存储器
e.在库存储区分配对话框中手动输入存储区的起始地址。
此实例为VB5000开始,以使指令库可以正常工作。
确保库存储区与程序中其他已使用的地址不冲突。
使用建议地址无法确定是否有地址重叠,所以推荐手动输入正确的库存储区首地址。
如图6.所示。
图6.库存储区地址分配
f.编译项目,下载程序。
(4)通信测试结果
将M0.0置位为1,然后在状态图表中创建变量,VW20-VW30共6个字,监视值如图7.所示。
图7.读取服务器数据
(5)关于Modbus地址与CPU中数据区域地址对应关系说明
S7-200SMART做ModbusTCP通信,可以支持的功能码及功能描述及所占用的地址区,如表4.所示。
客户端会主动的发送请求,服务器响应。
在通信指令填写参数中没有直接填写功能码,而是通过多个参数填写共同确定功能码的。
表4.功能码概况说明
功能码(十进制)
功能描述
RW
Addr
Count
CPU地址
01
读数字量输出位
0
00001-09999
1-1920位
Q0.0-1151.7
02
读数字量输入位
0
10001-19999
1-1920位
I0.0-1151.7
03
读寄存器字
0
40001-49999
400001-465535
1-120字
V区
04
读模拟量输入字
0
30001-39999
1-120字
AIW0-AIW110
05
写数字量输出单个位
1
00001-09999
1位
Q0.0-Q1151.7
06
写寄存器单个字
1
40001-49999
400001-465535
1个字
V区
15
写数字量输出多个位
1
00001-09999
1-1920位
Q0.0-1151.7
16
写寄存器多个字
1
40001-49999
400001-465535
1-120字
V区
举例:
和ModbusTCP服务器交换数据参数支持功能码:
03,在客户端指令中设置两个参数确定03功能码:
RW=0:
确定读取数据,(筛选出可能会使用的功能码:
01,02,03,04),
Addr:
40001-49999/400001-465535,表示交换数据为寄存器类型的数据。
3.ModbusTCP服务器配置
(1)S7-200SMARTModbusTCP服务器指令
STEP7-Micro/WINSMART从V2.4版本开始,软件中直接集成ModbusTCP库指令,无需单独安装或者购买。
安装软件后,ModbusTCP指令位于STEP7-Micro/WIN SMART项目树中“指令”文件夹的“库”文件夹中。
如图1.ModbusTCP库指令所示。
指令分为客户端和服务器两种,目前指令版本为V1.0。
客户端指令会占用开放式用户通信资源主动连接,最多8个;服务器指令会占用开放式用户通信资源的被动连接资源,最多也是8个。
图1.ModbusTCP库指令
(2)实验环境及通信任务
下面以两台S7-200SMART之间进行ModbusTCP通信为例,详细阐述客户端与服务器侧如何编程及通信的过程。
具体的实验环境见表1.;通信任务见表2:
表1.实验环境
操作系统
WIN7SP1专业版64位
编程软件
STEP7-Micro/WINSMARTV2.4版本
硬件
SR60:
6ES7288-1SR60-0AA0固件:
V2.4版本
ST20:
6ES7288-1ST20-0AA0固件:
V2.4版本
交换机:
CSM1276GK7277-1AA10-0AA0
表2.通信任务
硬件
通信角色
IP地址
端口号
读/写
数据区域
SR60
客户端
192.168.0.60
0
读
VB20-VB31
ST20
服务器
192.168.0.20
502
响应
VB0-VB11
(3)服务器侧指令编程
a.系统块中设置服务器的IP地址,以确保IP地址设置无误。
此步骤为可选,如果确定IP地址设置无误,可忽略此步骤。
设置方法如图2.所示。
图2.系统块设置IP地址
b.鼠标点击MAIN主程序的程序段1的编程区域,从库文件夹下找到ModbusTCP服务器指令MBUS_SERVER,鼠标双击,指令出现在程序段1中,操作如图3.所示。
图3.添加服务器指令
c.填写服务器指令参数,如图4.所示。
图4.填写服务器参数
参数及类型
数据类型
说明
Connect
IN
BOOL
=1:
服务器接受来自客户端的请求;=0:
服务器可以断开已经建立的连接
IP_Port
IN
WORD
服务器本地端口号
MaxIQ
IN
WORD
对应数字量输入/输出点(对应Modbus地址参数0xxxx或者1xxxx)
可设置范围:
0-256,
=0表示禁用对输入和输出的所有读取和写入。
建议将MaxIQ值设置为256。
MaxAI
IN
WORD
对应模拟量输入参数(对应Modbus地址参数3xxxx)
可设置范围:
0-56。
=0表示禁用对模拟量输入的读取。
要允许访问所有CPU模拟量输入,MaxAI的建议值如下:
对于CPUCR40和CR60,为0
对于所有其它CPU型号,为56
MaxHold
IN
WORD
用于Modbus地址4xxxx或4yyyyy的V存储器中的字保持寄存器数。
HoldStart
IN
Dword
指向V存储器中保持寄存器起始位置的指针
Done
OUT
BOOL
TRUE:
以下任一条件时为真:
客户端已与服务器建立连接;客户端已与服务器断开连接;客户端已接收Modbus响应;发生错误
FALSE:
客户端正忙于建立连接或等待来自服务器的Modbus响应。
Error
OUT
BOOL
出现错误,仅一个周期有效
d.鼠标选中程序块文件夹,单击右键,下拉菜单中选择库存储器,如图5.所示。
图5.点击库存储器
e.在库存储区分配对话框中手动输入存储区的起始地址。
此实例为VB5000开始,以使指令库可以正常工作。
确保库存储区与程序中其他已使用的地址不冲突。
使用建议地址无法确定是否有地址重叠,所以推荐手动输入正确的库存储区首地址。
如图6.所示。
图6.库存储区地址分配
f.编译项目,下载程序。
✓通信测试结果
由于客户端要读取服务器的数据,在状态图表中修改当前值,如图7.所示
图7.状态图表赋值
4. ModbusTCP轮询例程
(1)S7-200SMART多请求处理
S7-200SMARTModbusTCP可支持多个连接,最多可达PLC允许的开放式用户通信连接的最大数(八个主动(客户端)连接和八个被动(服务器)连接)。
不可避免的会出现以下情况:
a.S7-200SMART作为服务器由多个客户端访问
b.S7-200SMART作为客户端访问多个服务器
下面就这种多请求处理的情况作相关的介绍。
S7-200SMART作为服务器由多个客户端访问:
S7-200SMARTCPU作为服务器由多个客户端访问时,需要S7-200SMARTCPU多次调用ModbusTCP服务器库指令,并且每个服务器需要配置不同的Port口,如图1所示。
图1.S7-200SMART多服务器例程
注意:
✓对应的库存储器地址需要使用建议地址不能重复使用。
✓S7-200SMART的开放式以太网通讯资源是8个主动资源8个被动资源。
✓端口号必须在1到49151的范围内。
建议端口号在2000到5000。
✓该例程使用STEP7-Micro/WINSMARTV2.4编写,使用硬件是ST60:
6ES7288-1ST60-0AA0固件:
V2.4版本
✓该例程ModbusTCP服务器,响应2个客户端请求,访问不同的V存储区
(2)S7-200SMART作为客户端访问多个服务器
S7-200SMARTCPU作为客户端访问多个服务器,服务器连接参数必须具有不同的IPAddr或IP_Port输入参数。
情景1:
S7-200SMART作为客户端访问多个服务器:
解决方法:
确保连接富余,可以建立多个不同的连接发送请求,调用"MBUS_CLIENT",S7-200SMARTCPU内通过设置的不同的远程IP地址、端口号尝试建立连接。
该情景的相关步骤用户根据以上原则,自行编程即可。
情景2:
S7-200SMART作为客户端,访问同一个服务器,需要进行多次读写操作:
解决方法:
借助于同一个连接,考虑客户端做轮询,远程IP地址、端口号一致,分时调用“MBUS_CLIENT”指令,具体参考下方的轮询通信例程。
轮询原则:
在任意时间,只能有一个客户机请求处于激活状态,在一个请求完成执行后,下一个请求再开始执行,循环处理。
(3)ModbusTCP客户端轮询例程
本例程中使用done位做轮询,相比于用定时器做轮询,不会因为定时触发时间设置的过小导致两个指令冲突,或者定时触发时间设置过大增加通信时间的问题。
注意:
a.该例程使用STEP7-Micro/WINSMARTV2.4编写,使用硬件是ST60:
6ES7288-1ST60-0AA0固件:
V2.4版本,IP地址:
192.168.0.121
b.该例程仅访问一个服务器,两个MBUS_CLIENT指令轮询执行写和读,写入和读取服务器寄存器类型地址:
40001-40002共2个字,将需要写入服务器的数据放在VB700-VB703区域中,从服务器中读取的数据存储在本地的VB704-VB707区域中。
ModbusTCP客户端轮询例程:
为配合上方的客户端轮询程序,服务器的程序可参考下面的例程。
注意:
a.该例程使用STEP7-Micro/WINSMARTV2.4编写,使用硬件是SR60:
6ES7288-1SR60-0AA0固件:
V2.4版本,IP地址:
192.168.0.113
b.该例程ModbusTCP服务器,响应客户端请求,将数据存储在VB0-VB3的区域中,等待客户端写入和读取。
ModbusTCP服务器轮询例程:
5.S7-200SMART与调试助手之间ModbusTCP通信
STEP7-Micro/WINSMART从V2.4版本开始,软件中直接集成ModbusTCP库指令,无需单独安装。
安装软件后,ModbusTCP指令位于STEP7-Micro/WIN SMART项目树中“指令”文件夹的“库”文件夹中。
如图1.ModbusTCP库指令所示。
指令分为客户端和服务器两种,目前指令版本为V1.0。
客户端指令会占用开放式用户通信资源主动连接,最多8个;服务器指令会占用开放式用户通信资源的被动连接资源,最多也是8个。
图1.ModbusTCP库指令
(1)硬件和软件需求及所完成的通信任务
硬件:
1PC(带以太网卡)(IP地址192.168.0.1;子网掩码255.255.255.0)
2S7-200SMARTCPU(固件版本V2.5)(IP地址192.168.0.20;子网掩码255.255.255.0)
3TP以太网电缆
软件:
1STEP7Micro/WINSMART(软件版本V2.5)
2ModScan32
3ModbusSlave
所完成的通信任务:
1ModScan32接收6个字节数据:
<--(S7-200SMART侧做服务器响应)VW0~VW10
2ModbusSlave接收6个字节数据:
<--(S7-200SMART侧做客户端写) VW20~VW30
(2)ModScan32 (S7200SMART做服务器)
a.打开ModScan32软件
b.点击“Setup”---“DisplayDefinition”---设定“PointType”(本例程以保持型寄存器为例)---“Length”为6
如图1所示,设置完成后点击OK
图1.DisplayDefinition
c.点击“Connection”----“Connect”
图2. 建立连接
1Connect选择RemoteTCP/IPServer;
2设置IPAddress和端口号与cpu中设置的保持一致。
(3)S7-200SMART侧编程
a.打开STEP7Micro/WINSMART>项目树>指令树>库>ModbusTCPServer(v1.0),调用MBUS_SERVER,如图5、图6所示。
图5.ModbusTCPServer指令库
图6.MBUS_SERVER
b.鼠标选中程序块文件夹,单击右键,下拉菜单中选择库存储器,如图7所示。
图7.点击库存储器
c.在库存储区分配对话框中手动输入存储区的起始地址。
此实例为VB5000开始,以使指令库可以正常工作。
确保库存储区与程序中其他已使用的地址不冲突。
使用建议地址无法确定是否有地址重叠,所以推荐手动输入正确的库存储区首地址。
如图8所示。
图8.库存储区地址分配
d.编译项目,下载程序。
通信结果如下:
图9.测试结果
(3)ModbusSlave (S7200SMART做客户端)
a.打开ModbusSlave软件
b.点击"Setup"---"Slave Definition"---设定Function”(本例程以保持型寄存器为例)---"Quantity"为6---"Display"为Signed
如图10所示,设置完成后点击OK
图10.SlaveDefinition
c.点击"Connection"----"Connect"
图11. 建立连接
①Connect选择TCP/IP;
②设置TCP/IPPort为502与cpu中设置的保持一致,勾选IgnoreUnitID。
(4)S7-200SMART侧编程
a.打开STEP7Micro/WINSMART>项目树>指令树>库>ModbusTCPClient(v1.4),调用MBUS_CLIENT,如图12所示。
图12.MBUS_CLIENT
b.鼠标选中程序块文件夹,单击右键,下拉菜单中选择库存储器,如图13所示。
图13.点击库存储器
c.在库存储区分配对话框中手动输入存储区的起始地址。
此实例为VB5000开始,以使指令库可以正常工作。
确保库存储区与程序中其他已使用的地址不冲突。
使用建议地址无法确定是否有地址重叠,所以推荐手动输入正确的库存储区首地址。
如图14所示。
图14.库存储区地址分配
d.编译项目,下载程序。
通信测试结果:
在状态图表中创建变量,VW20-VW30共6个字,赋值后,将M0.0置位为1,监视值如图15所示。
图15.读取服务器数据
6.常见问题
(1)如何判断ModbusTCP连接是否建立?
答:
进行ModbusTCP通信,需要建立连接,
S7-200SMARTCPU作为ModbusTCP客户端时:
通过ModbusTCPClient指令MBUS_CLIENT的符号表中的mConnected参数来判断,如图1.所示
mConnected=1表示已经建立连接,mConnected=0表示尚未建立连接
图1.mConnected判断连接状态
S7-200SMARTCPU作为ModbusTCP服务器时:
通过ModbusTCPServer指令MBUS_SERVER的符号表中的mConnected参数来判断,如图2.所示
mConnected=1表示已经建立连接,mConnected=0表示尚未建立连接.
图2.mConnected判断连接状态
注意:
当PLC内存在多个客户端或者多个服务器时,不建议参考该状态点。
(2)如何查看错误代码?
答:
出现错误时,MBUS_CLIENT指令输出参数Done会为1,但是,Done在连接建立完成,连接断开,响应完成时都会出现置位为1的情况。
出现错误时,还有Error字节会显现出错误代码,仅保留一个周期时间。
综上所述,查看错误代码,可以按照图3.所示的方法进行。
图3.查看错误代码
(3)进行ModbusTCP通信寄存器类型数据,数据量大超过120个字如何处理?
答:
如果
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