S7-300/400集成PN口MODBUS TCP通訊(STEP7)

1.“ModbusTCP PN-CPU V2.6”塊庫使用說明

1)該功能塊庫可以用于S7-300/400單站系統(tǒng)或ET200S帶CPU的接口模塊通過CPU的集成PN口進(jìn)行ModbusTCP通訊。

2)由于需要在SIMATIC站與其他通訊伙伴之間建立TCP連接用于Modbus通訊，而對于CPU的集成PN口來說使通過Open IE(開放式以太網(wǎng)通訊)的方式來建立TCP連接，因此需要調(diào)用SIMATIC S7標(biāo)準(zhǔn)功能塊，包括FB63(TSEND)、FB64(TRCV)、FB65(TCON)、FB66(TDISCON)完成TCP的連接管理和數(shù)據(jù)通訊。

需要注意的是對于用于Modbus TCP的功能塊FB63/64/65/66有一定的版本要求如下：

FB63(TSEND) V2.1或更高

FB64(TRCV) V2.2或更高

FB65(TCON) V2.4或更高

FB66(TDISCON) V2.1或更高

3)通過S7-CPU的PROFINET接口進(jìn)行Modbus TCP通信時(shí)，需要使用通信塊FB65 "TCON"、FB66 "TDISCON"、FB63 "TSEND"和FB64 "TRCV"，要進(jìn)行Modbus TCP通信，必須在數(shù)據(jù)塊中為每個(gè)連接指定相應(yīng)的參數(shù)，因此通過Modbus TCP Wizard向?qū)к浖梢苑浅１憬莸刂付ǜ鬟B接的參數(shù)，通過Modbus TCP Wizard，只需指定各連接類型所需的相應(yīng)參數(shù)，之后，該向?qū)羞B接描述的所有參數(shù)的DB導(dǎo)入到STEP 7項(xiàng)目中，向?qū)У陌惭b界面如下圖1所示，另外通過軟件包安裝集成到Step7后也有參數(shù)DB，具體可以根據(jù)實(shí)際的項(xiàng)目情況來進(jìn)行調(diào)整，詳細(xì)地內(nèi)容將在下面的配置章節(jié)中詳細(xì)描述。

圖1 Modbus TCP Wizard起始界面

Modbus TCP Wizard的相關(guān)信息及下載可以參考以下連接：關(guān)于創(chuàng)建 Modbus TCP 通信所需連接數(shù)據(jù)的向?qū)?(Modbus TCP Wizard)

當(dāng)將軟件選項(xiàng)包安裝完集成到Step7時(shí)，可以在Step7安裝文件的相應(yīng)目錄中找到塊庫、例程、英文手冊，如下圖2~4所示，在實(shí)際的項(xiàng)目調(diào)試過程中由于例子程序的各項(xiàng)功能比較完善，因此可以直接使用例子程序根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況修改相應(yīng)的參數(shù)即可，可以節(jié)省大量的參數(shù)設(shè)置時(shí)間，以下主要描述了使用軟件選項(xiàng)包” ModbusTCP PN-CPU V2.6"配置S7-300/400站基于CPU集成PN口進(jìn)行Modbus TCP通訊的詳細(xì)配置和編程步驟。

圖2塊庫、例程、英文手冊和軟件注冊的文件夾位置

圖3例程(注:當(dāng)找不到例程時(shí)可以通過”Browse..”按鈕來進(jìn)行查找)

圖4功能塊庫(注:當(dāng)找不到塊庫時(shí)可以通過”Browse..”按鈕來進(jìn)行查找)

2. 配置S7-400單站系統(tǒng)通過CPU集成PN口作為Server進(jìn)行Modbus TCP通訊

下面以S7-400單站系統(tǒng)及Modscan32軟件為例，詳細(xì)介紹如何將S7-400單站系統(tǒng)通過CPU集成PN口配置為Server，Modscan32為Client進(jìn)行Modbus TCP通訊，下圖5為服務(wù)器功能塊庫的程序結(jié)構(gòu)及各功能塊完成的功能：

圖5服務(wù)器功能塊庫程序結(jié)構(gòu)

注：Modscan32軟件可以從網(wǎng)上免費(fèi)下載得到，本例中使用的版本為V7.0版，由于各版本的功能不盡相同，因此需要注意版本問題。

2.1例子中使用的硬件設(shè)備及軟件

本例中所用的硬件設(shè)備如下表：

表1服務(wù)器硬件清單

所用到軟件如下表：

表2服務(wù)器軟件清單

2.2 S7-400系統(tǒng)及Modscan32軟件組態(tài)

打開Step7軟件，新建一個(gè)工程項(xiàng)目文件，命名為“M_TCP_CPU_V26 (Server)”,在項(xiàng)目下插入一個(gè)S7-400站，如下圖6所示：

圖6新建S7-400 Station

雙擊插入的SIMATIC 400 Station的“Hardware”，打開硬件組態(tài)，在硬件組態(tài)界面下分別插入機(jī)架，電源PS407、CPU414-3PN/DP，本例中將CPU的PN口IP地址設(shè)為192.168.70.2，如下圖7所示：

圖7硬件組態(tài)并設(shè)置PN接口的IP地址

硬件組態(tài)完成后，編譯保存，并將例程站點(diǎn)“SIMATIC 400(Server)”中的程序（System data不需要拷貝）拷貝到該項(xiàng)目中。

由于需要在SIMATIC站與其他通訊伙伴之間建立TCP連接用于Modbus通訊，而對于CPU的集成PN口來說須通過Open IE(開放式以太網(wǎng)通訊)的方式來建立TCP連接，通過S7-CPU的PROFINET接口進(jìn)行Modbus TCP通信時(shí)，需要使用通信塊FB65 "TCON"、FB66 "TDISCON"、FB63 "TSEND"和FB64 "TRCV"，要進(jìn)行Modbus TCP通信，必須在數(shù)據(jù)塊中為每個(gè)連接指定相應(yīng)的參數(shù)，相應(yīng)得參數(shù)在程序中主要由DB2“MODBUS_PARAM“來完成初始化，其中各參數(shù)的含義如下圖8、9所示：

圖8 DB2“MODBUS_PARAM“的TCP連接參數(shù)設(shè)置部分

關(guān)于DB2“MODBUS_PARAM”的TCP連接參數(shù)含義如下表3所示:

表3 DB2“MODBUS_PARAM”的TCP連接參數(shù)含義

圖9 DB2“MODBUS_PARAM”的Modbus參數(shù)設(shè)置部分

2.3 通訊測試

由于“ ModbusTCP PN-CPU V2.6”選項(xiàng)包支持功能碼FC1，2，3，4，5，6，15，16，不同的功能碼測試過程中類似，因此下面以FC03(讀寫保持寄存器)為例來說明通訊測試的整個(gè)過程，對于其他功能碼的測試將不再重復(fù)描述，對于Modbus的數(shù)據(jù)類型可參考下表4：

表4 Modbus數(shù)據(jù)類型

由于服務(wù)器主功能塊FB102“MODBUSPN”的參數(shù)需要初始化，因此分別在OB100及OB1中調(diào)用FB102，在OB100中調(diào)用FB102完成相關(guān)參數(shù)的初始化，F(xiàn)B102的管腳分布如下圖10所示：

圖10 FB102“MODBUSPN”的管腳參數(shù)定義

注意：在圖16中已經(jīng)填寫的參數(shù)不需要初始化，在OB1調(diào)用賦值；而未填寫的參數(shù)需要初始化，在OB100中調(diào)用完成。

打開Modscan32軟件，在“Connection--->connect”中打開連接屬性對話框，連接接口選擇“Remote TCP/IP Server”，IP Address分別填入CPU的IP地址192.168.70.2，Service為遠(yuǎn)程服務(wù)器的端口502，在協(xié)議的選擇對話框中可以定義傳輸模式、通訊超時(shí)響應(yīng)時(shí)間，報(bào)文發(fā)送間隔及允許寫多個(gè)保持寄存器等，這里分別保持缺省設(shè)置即可，如下圖11所示：

圖11對應(yīng)TCP通訊的Modscan32連接窗口

下載硬件組態(tài)及程序到CPU中，將DB2“MODBUS_PARAM”的參數(shù)“server_client”使能為1，在Modscan32的“Set up->Data Definition”中設(shè)置數(shù)據(jù)掃描周期、寄存器連接類型、起始地址、長度等，如下圖12所示：

圖12 Modscan32中Modbus數(shù)據(jù)參數(shù)定義

由于Modbus的內(nèi)部地址編排時(shí)基于數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層有一定的映射關(guān)系，因此Modbus的地址與SIMATIC中的DB塊的地址時(shí)按照一定的地址映射關(guān)系來相對應(yīng)，這樣造成了DB塊中有一定的地址偏移量，在本例中假設(shè)數(shù)據(jù)區(qū)的定義如下圖19所示，其DB偏移量、Modbus物理編址、應(yīng)用層編址如下圖14所示：

圖13本例中的數(shù)據(jù)區(qū)定義

圖14 DB偏移量、Modbus物理編址、應(yīng)用層編址對應(yīng)關(guān)系

在Step7的項(xiàng)目程序中新建一個(gè)變量監(jiān)控表，插入需要監(jiān)控的參數(shù)和數(shù)據(jù)區(qū)變量，可以看到Modscan32軟件與CPU414-3PN/DP的數(shù)據(jù)通訊已經(jīng)建立起來了，雙方可以進(jìn)行正常的保持寄存器數(shù)據(jù)讀寫操作，如下圖15所示：

圖15通訊連接建立

3.配置S7-400單站系統(tǒng)通過CPU集成PN口作為Client進(jìn)行Modbus TCP通訊

下面以S7-400單站系統(tǒng)及ModSim32軟件為例，詳細(xì)介紹如何將S7-400單站系統(tǒng)CPU的集成PN口配置為Client，ModSim32為Server進(jìn)行Modbus TCP通訊，由于客戶端和服務(wù)器模式均使用相同的功能塊，因此客戶端功能塊庫的程序結(jié)構(gòu)及各功能塊完成的功能可以參考圖5。

3.1例子中使用的硬件設(shè)備及軟件

本例中所用的硬件設(shè)備如下表：

表5客戶端硬件清單

所用到軟件如下表：

表6:客戶端軟件清單

3.2 S7-400單站系統(tǒng)與ModSim32軟件組態(tài)

打開Step7軟件，新建一個(gè)工程項(xiàng)目文件，命名為“M_TCP_CPU_V26(Client)”,在項(xiàng)目下插入一個(gè)S7-400站，如下圖16所示：

圖16新建S7-400 Station

雙擊插入的SIMATIC 400 Station的“Hardware”，打開硬件組態(tài)，在硬件組態(tài)界面下分別插入機(jī)架，電源PS407、CPU414-3PN/DP，本例中將CPU的PN口IP地址設(shè)為192.168.70.2，如下圖17所示：

圖17硬件組態(tài)并設(shè)置CPU的IP地址

由于需要在SIMATIC站與其他通訊伙伴之間建立TCP連接用于Modbus通訊，而對于CPU的集成PN口來說須通過Open IE(開放式以太網(wǎng)通訊)的方式來建立TCP連接，通過S7-CPU的PROFINET接口進(jìn)行Modbus TCP通信時(shí)，需要使用通信塊FB65 "TCON"、FB66 "TDISCON"、FB63 "TSEND"和FB64 "TRCV"，要進(jìn)行Modbus TCP通信，必須在數(shù)據(jù)塊中為每個(gè)連接指定相應(yīng)的參數(shù)，相應(yīng)得參數(shù)在程序中主要由DB2“MODBUS_PARAM”來完成初始化，關(guān)于DB2“MODBUS_PARAM”各參數(shù)的含義請參見2.2章節(jié)中的圖8、9說明。

硬件組態(tài)完成后，編譯保存，并將例程站點(diǎn)“SIMATIC 400(Client)”中的程序（System data不需要拷貝）拷貝到該項(xiàng)目中。打開DB2“MODBUS_PARAM”并切換到數(shù)據(jù)視圖，修改需要訪問的Modbus TCP server的IP地址和端口號，本例中作為服務(wù)器的電腦IP為192.168.70.245，端口號為502；設(shè)置方式如下圖18所示：

圖18 S7-400單站系統(tǒng)做客戶端時(shí)不同的功能碼的參數(shù)定義

3.3通訊測

由于“ModbusTCP PN-CPU V2.6”選項(xiàng)包支持功能碼FC1，2，3，4，5，6，15，16，不同的功能碼測試過程中類似，因此下面同樣以FC03(讀寫保持寄存器)為例來說明通訊測試的整個(gè)過程，對于其他功能碼的測試將不再重復(fù)描述。

需要說明的是由于客戶端功能塊需要定義具體的功能碼，而主功能塊FB102“MODBUSPN”并沒有直接的管腳來定義功能碼，而是由DB2“MODBUS_PARAM”中的兩個(gè)參數(shù)“DATA_TYPE”和“single-write”共同決定，詳細(xì)情況如下圖19所示：

圖19 S7-400單站系統(tǒng)做客戶端時(shí)不同的功能碼的參數(shù)定義

由于客戶端和服務(wù)器均使用相同的功能塊FB102“MODBUSPN”的參數(shù)需要初始化，因此分別在OB100及OB1中調(diào)用FB102，在OB100中調(diào)用FB102完成相關(guān)參數(shù)的初始化，F(xiàn)B102的管腳分布參見2.3章節(jié)中圖10的說明。

打開ModSim32軟件，在“Connection--->connect”中打開連接屬性對話框，連接接口選擇“Modbus/TCP svr”，TCP/IP Server Port為本地服務(wù)器的端口502，如下圖20所示：

圖20 ModSim32中設(shè)置端口號

下載硬件組態(tài)及程序到CPU中，將DB2“MODBUS_PARAM”的參數(shù)“server_client”使能為0，給參數(shù)ENQ_ENR發(fā)送脈沖信號；在打開的ModSim32軟件窗口設(shè)置寄存器連接類型、起始地址、長度等，如下圖21所示:

圖21 ModSim32中Modbus數(shù)據(jù)參數(shù)定義

關(guān)于SIMATIC中DB偏移量、Modbus物理編址、應(yīng)用層編址對應(yīng)關(guān)系請參考本文中2.3章節(jié)圖14的說明。

在Step7的項(xiàng)目程序中新建一個(gè)變量監(jiān)控表，插入需要監(jiān)控的參數(shù)和數(shù)據(jù)區(qū)變量，可以看到ModSim32軟件與CPU414-3PN/DP的數(shù)據(jù)通訊已經(jīng)建立起來了，雙方可以進(jìn)行正常的保持寄存器數(shù)據(jù)讀寫操作(讀寫權(quán)限由參數(shù)"WRITE_ READ"決定)，如下圖22所示：

圖22 S7-400單站系統(tǒng)作為客戶端與ModSim32軟件通訊

4.“ModbusTCP PN-CPU V2.6” 軟件包通訊使用總結(jié)及相關(guān)注意事項(xiàng)

由于是通過PC測試軟件模擬第三方設(shè)備與SIMATIC CPU的集成PN口進(jìn)行Modbus TCP通訊，因此在實(shí)際的第三方設(shè)備與CPU的集成PN口進(jìn)行通訊時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：

1)由于訂貨號2XV9450-1MB02程序中會(huì)占用CPU較大的裝載和工作存儲(chǔ)區(qū)，因此對于性能比較低特別是S7-300的低端CPU進(jìn)行通訊時(shí)必須考慮一定的富余量。

2)對于SIMATIC S7，參數(shù)DB_x的數(shù)據(jù)區(qū)建議使用不同的DB塊，使用同一個(gè)DB的不同地址區(qū)會(huì)造成地址編排混亂，另外參數(shù)Start_x與END_x參數(shù)不能出現(xiàn)地址疊加情況。

3)第三方設(shè)備的數(shù)據(jù)區(qū)與SIMATIC S7的數(shù)據(jù)DB塊的地址對應(yīng)關(guān)系可以先按照第三方的數(shù)據(jù)區(qū)域Modbus地址的偏移關(guān)系之后計(jì)算相應(yīng)的偏移量。

4)建議使用項(xiàng)目中的樣例程序，只須修改連接ID，定義通訊雙方的IP地址、端口號及相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)等，能減少編程量，只須把樣例程序放到一個(gè)單獨(dú)的FC塊中即可，樣例程序中定義了足夠的數(shù)據(jù)區(qū)，連接成功及錯(cuò)誤次數(shù)指示等。

5)Modbus TCP每一包的數(shù)據(jù)最多只能發(fā)送125個(gè)寄存器或2000個(gè)比特位，超過該范圍必須進(jìn)行分包處理。

6)S7-300/400作為Client能與多少個(gè)Server建立通訊或者作為Server時(shí)能與多少個(gè)Client通訊取決于產(chǎn)品所支持的TCP連接數(shù)，Modbus/TCP協(xié)議并沒有對此進(jìn)行約束和限制。

7)如果使用SIMATIC S7作為Modbus服務(wù)器，那么一些CPU的可用端口號會(huì)受到限制，以下端口號可用于本地端口，如下圖23所示:

圖23 SIMATIC作為Modbus服務(wù)器的端口號使用限制

詳細(xì)情況可參考以下FAQ連接:哪些通信口可以進(jìn)行 Modbus/TCP 通訊，作為 Modbus 服務(wù)器的 SIMATIC S7 CPU 可以與多少個(gè) Modbus 客戶端通信？

5 “ModbusTCP PN-CPU V2.6” 軟件包授權(quán)

未經(jīng)授權(quán)的Modbus TCP軟件可用于測試和學(xué)習(xí)，不允許用于商業(yè)行為；未經(jīng)授權(quán)的軟件測試時(shí)CPU的INTF指示燈紅色閃爍，并在CPU故障緩沖區(qū)生成錯(cuò)誤信息；同時(shí)，Modbus TCP功能塊報(bào)錯(cuò)，如圖24、25所示：

圖24CPU診斷緩沖區(qū)報(bào)錯(cuò)

圖25Modbus TCP功能塊報(bào)錯(cuò)A090

每個(gè)CPU都需要對功能塊MODBUSPN進(jìn)行授權(quán)。授權(quán)有兩個(gè)步驟：讀取IDENT_CODE和申請注冊碼REG_KEY。且在CPU中必須調(diào)用OB121。

5.1 讀取IDENT_CODE

1、下載程序并將CPU切換到RUN模式；

2、打開MODBUSPN（FB102）的背景塊DB102，確認(rèn)IDENT_CODE的偏移地址為54；如圖26所示：

圖26確認(rèn)IDENT_CODE的偏移地址

3、打開變量監(jiān)視表，輸入DB102.DBB54開始的20個(gè)字節(jié)，偏移地址56開始的18個(gè)字符即為IDENT_CODE，監(jiān)控如圖27所示：

圖27確認(rèn)IDENT_CODE

4、按上圖方式，獲取IDENT_CODE和軟件包裝上的License-No，并按照章節(jié)6.2和6.3的描述步驟申請注冊碼。

5.2 通過撥打西門子授權(quán)服務(wù)中心申請注冊碼REG_KEY

授權(quán)中心聯(lián)系方式：010-64757575

通過西門子授權(quán)服務(wù)中心申請注冊碼時(shí)，需要您提供所購買的軟件訂貨號、IDENT_CODE和軟件包裝上的License-No，如圖27所示。

5.3 通過網(wǎng)站申請注冊碼REG_KEY

1、通過西門子技術(shù)支持網(wǎng)站申請，打開如下網(wǎng)址，點(diǎn)擊“技術(shù)問題提交”：

https://support.automation.siemens.com/CN/llisapi.dll?func=cslib.csinfo2&aktprim=99&lang=zh

圖28技術(shù)支持網(wǎng)站

2、請按如下示例的步驟進(jìn)行操作（注意：由于步驟3搜索出來的參考信息無法解決授權(quán)問題，請直接點(diǎn)擊“繼續(xù)”進(jìn)入步驟4），如圖29~33所示。

圖29步驟1

圖30步驟2

圖31步驟3

圖32步驟4

圖33步驟5

5.4 使用注冊碼REG_KEY

1、西門子授權(quán)中心收到技術(shù)支持申請后，將會(huì)盡快給您回復(fù)郵件；

2、當(dāng)獲取到注冊碼后，在項(xiàng)目中打開LICENSE_DB（DB3）；

3、通過菜單“View--->Data View”將DB塊切換到數(shù)據(jù)視圖模式，將獲取的17位注冊碼填寫到“Actual value”中，如圖34所示。

圖34輸入注冊碼

4、將LICENSE_DB（DB3）下載到CPU中，CPU的INTF指示燈熄滅；并可通過查看MODBUSPN（FB102）的輸出引腳LICENSED為true且不再報(bào)A090錯(cuò)誤代碼，確認(rèn)注冊碼激活成功，如圖35所示。

圖35注冊碼激活成功

6. CPU集成PN口進(jìn)行Modbus TCP通訊FB輸出常見故障代碼及處理

審核編輯：湯梓紅