modbus通讯协议详解

西门子plc
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2018年6月8日14:36:35 评论 8,077 阅读

这段时间经常有学员问有关于S7-200系列PLC的MODBUS通信的问题,所以今天就写一遍文章,来跟大家聊聊S7-200系列PLC的MODBUS的通信功能如何使用。

MODBUS通信协议概述:

MODBUS协议是一个通用的协议,在很多智能设备上都支持这个通信协议,如变频器,智能温控仪表等都支持MODBUS通信协议。

MODBUS通信协议有具有串行链路上的MODBUS ASCAII通信和MODBUS RTU通信,也有基于TCP/IP上的 MODBUS TCP通信。这里我们主要介绍基于串行链路上的MODBUS RTU的通信。

 

MODBUS RTU的信息帧格式:

modbus通讯协议详解

Start:起始码,表示的是一个信息帧的开头,MODBUS RTU通信,使用时间来作为信息帧的开头,主要是检测传输线上的空闲的时间,长度为3.5个字符时长,一个字符的长度跟数据位, 停止位、起始位、奇偶校验位,波特率有关。

Address:地址码(一个字节),表示的是从站的站号,从站站号有从站设备给定或是设置,如变频器,可以在变频器参数中设置变频器的站号。

Function:功能码(一个字节),描述对从站的读写操作,是对从站读取数据,还是写入数据到从站,常见功能码如下图所示:

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Data:数据区(N个字节),数据区主要有两部分构成,一部分称为数据区的地址,一部分称为数据区的内容,如需要控制变频器的运行,则变频器的运行代码称为数据区内容,运行代码需要写入的地方称为数据区地址。

CRC:校验码(2字节),对从站号到数据区的数据进行CRC校验,可以参考前面一篇对于CRC校验程序设计的内容介绍。

End:结束码,与起始码一样,也是通过时间进行判断。

 

接下来,我们以西门子S7-200SMART系列的PLC与深圳的海普蒙特的变频器为例,来说明使用MODBUS的通信方式来控制变频器的运行,频率的修改,及读取一些参数的程序

 

首先,我们需要熟悉变频器说明书上所描述的通信的内容,从说明书上显示支持的功能码为03,06,和16这三种功能码(注意0X10表示的是16进制数10):

modbus通讯协议详解

提供的信息帧格式为:

modbus通讯协议详解

提供的信息帧格式

例如:运行命令控制,地址位十六进制数的3200,往地址3200中写入不同的代码表示不同的控制命令,如下图所示

根据以上内容,我们可以写出控制变频器运行的信息帧的格式,假设变频器的站号设置为1,则可以得出如下图所示的信息帧的格式。

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其他的命令的信息帧格式,参考变频器说明书,以相同的方式可以写出。

信息帧的格式出来后,PLC那边可以按照信息帧的格式准备数据发送给变频器,下一篇文章中,我主要讲讲PLC那边的用于发送这些数据的指令。

在上面文章中我们说到了MODBUS RTU 协议的信息帧的格式,同时也跟到大家提到了如何通过从站设备提供的通信说明中的信息帧格式及地址去准备相应的数据,那么今天我们主要说一下S7-200系列PLC中MODBUS RTU库指令意思。

在S7-200SMART系列PLC中的库指令中集成了MODBUS RTU通信的库指令,库指令中包含了S7-200SMART系列PLC作为主站功能的库指令及S7-200SMART系列PLC作为从站功能的库指令(如下图所示)

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在这里我们主要介绍下主站的库指令,主站的库指令中根据所使用的通信口的个数不一样分为两个,若使用时PLC的本体的RS485端口需要作为modbus的主站功能,而扩展的RS485的信号板又需要作为MODBUS的主站的功能,那么前者使用个主站库的指令,后者可以使用第二个主站库指令,每个主站库指令中都有两个指令,分别为初始化指令MBUS_CTRL ,数据读写发送请求指令MBUS_MSG指令。下面我们对这两个指令的意思以及指令上的管脚进行一些说明:

MBUS_CTRL指令

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EN:初始化指令使能端,需要保持每个扫描周期都接通

Mode:通信协议的选择,若需选择MODBUS RTU通信,这需要保持该位为1状态,所以此处可以使用SM0.0接通。

Baud:通信波特率的设置

Parity:奇偶校验的选择,0表示无校验,1表示奇校验,2表示偶校验

Port :端口号设置,若使用PLC本体上的RS485端口,则应选择为0 (注意S7-200PLC中的库指令中的MBUS_CTRL没有此管脚)

Timeout: 该参数用于确定 Modbus 从站设备是否对主站发出请求做出响应。若达到设定值后,还未获得从站的响应,则PLC认为从站出问题,同时MBUS-MSG指令中的故障代码存储器中会存储相应的故障代码,同时完成位的状态为1.

Done:完成位,当初始化完成后,该位的状态为1,编写程序时,可以根据这个完成位来判断初始化是否完成,完成后可以用于激活MBUS_MSG指令进行数据请求的发送,(需要注意是:初始化完成后,至少需要过一个扫描周期后,才能去激活MBUS-MSG指令,否则可能通信不成功)

Error:故障代码存储器(使用一个字节进行存储),当初始化出现错误后,在故障存储器中会产生一个代码,查看指令帮助中的代码说明,可以查看到可能出错的原因是什么。

MBUS_MSG指令

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N:指令的使能

MBUS_MSG指令使用时一定要注意的一点就是,同一个扫描周期内,只能由一条MBUS_MSG的EN端的状态为1.如果在一个扫描周期内出现2条及2条以上的MBUS_MSG的EN端的状态为1的情况。则MBUS_MSG指令中的故障代码的值会为6,通信会不成功。

First:触发请求,仅保持一个扫描周期的时长 ,因此在使用时需要使用沿脉冲进行触发。

Slave:从站站号,根据从站中设置的地址进行填写

RW:读写操作选择,0表示读,1表示写,若控制变频器运行,使用写的功能,若需要读取变频器的电流等需要用读的命令。

Addr:起始的MODBUS寄存器地址,此地址使用时一定要正确编写。

MODBUS寄存器的地址,根据功能码的不一样,主要有4种类型的表示方式,分别为0XXXX(读写线圈状态),1XXXX(读开关输入状态),3XXXX(读输入寄存器),4XXXX(读写保持寄存器)四种类型,对于第四种类型4XXXX的类型,地址可以扩展,扩展为4XXXXX六位数的类型格式。

各功能码对应的MODBUS地址寄存器类型如下图所示,而每种地址的起始地址都是从0001开始,而且都是以十进制数进行表示的。

modbus通讯协议详解

地址类型确认后,如何来确定输入的地址呢?

该地址的确定与在上篇文章中提到的MODBUS RTU信息帧格式中的Data内容有关,Data的内容包括两部分内容,一部分内容为数据区的地址,一部为数据区的内容,则此处的MODBUS寄存器的地址与数据区的地址有关。如图所示:

modbus通讯协议详解

此处中的数据区的地址,指的是寄存器地址,从图中可以看到他的范围是从十六进制数的0000到十六进制数的FFFF,因此从这我们可以看到功能码为06,对应的寄存器地址是0000的时候,那么在我们MBUS_MSG指令中的Adder的地址应填写为40001(因为都是表示的个地址,需要一一对应上)。

根据这个计算方法,我们可以写出 在上一篇文章中提到的控制变频器运行的寄存器地址对应都MBUS_MSG指令中Adder的地址为:

modbus通讯协议详解

功能码为06,所以类型为4XXXX的类型,地址为16# 3200,相对于16#0000来讲,偏移了12800.(此为十进制数)所以对应到MBUS_MSG指令中的地址为在1的基础上上偏移12800,即12801,而功能码06对应的类型为4,所以我们在使用时应在MBUS_MSG指令的Adder出填写412801这个地址。

Count:读写的格式,表示从adder这个管脚指的的地址开始的连续多少个地址进行数据的读写。

Dataptr:读写数据存放的地址,使用指针的方式表示,实际地址以十六位的方式表示,假设使用的地址是&VB100。前面的指令管脚定义的是对变频器运行命令的控制,则当把16#1001写入到VW100中,则电机正转运行,若把16#1003写入到VW100中,则表示的是反转运行。若是读取的功能,假设MBUS_MSG指令中adder为413077,count为2,Dataptr为&VB102, 则表示把413077这个地址中的数据读取出来存放于VW102,把413078的数据读取出来存放于VW104中。

Done:完成位。当执行完成后,该为位1,因此当出现需要使用多个MBUS_MSG指令是,可以使用每个指令的Done来实现轮询的功能。

Error:故障代码存储器,方便查询通信故障。

通过本篇文章,希望大家对MODBUS的库指令有进一步的了解,有不对这次往指正,下一篇文章,我们主要介绍一下程序的设计。谢谢!

我们提到S7-200SMART系列PLC中modbus库指令的意思,这一篇文章中,我们就来简单的说一下这些指令的应用,如何使用这个指令来搭建一个MODBUS通信的框架程序。

我们以一个简单的例子来说,在技成的西门子学习箱中,配有一个海普蒙特HD09的单相变频器以及S7-200SMART系列的PLC,我们通过这个200SMART系列的PLC以modbus  RTU的通信协议,来实现对变频器的运行控制、修改运行频率控制,以及读取一些参数的通信功能。学习箱如图所示:

要完成这个控制,首先需要对变频器中的参数进行设置,主要设置变频器中的控制命令的来源,运行频率的来源 ,及相应的通信参数(参数的设置查看变频器的说明书)在这里主要设置的参数如下图所示:

命令源选择:

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参数设置好后,可以进行PLC程序的设计,如下所示:

初始化程序:

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读取输出电压、输出电流:

后一条MBUS_MSG指令的使能条件用于激活条MBUS_MSG的使能,使其能够循环进行执行。

此程序为一个结构框架程序,仅供参考,如有不对之处请指正。

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