組網(wǎng)概述

本文以 ZKA-4488-WIFI 為例介紹西門子PLC與深圳市綜科智控科技開發(fā)有限公司的IO設備進行Modbus通訊的步驟設置。ZKA-4488-WIFI 是 8 路數(shù)字量輸入（DI），8 路數(shù)字量輸出（DO），4 路模擬量輸入（AI，0/4-20mA），4 路模擬量輸出設備（AO，0/4-20mA），無線WIFI通信。

 

以 ZKA-4488-WIFI為例，出廠默認通訊參數(shù)如下：

ZK模塊 IP 為：192.168.0.105

TCP 端口為：10001

(注意：我們模塊出廠時默認端口為10001，客戶也可以通過ZK模塊的配置文件把ZK通訊端口改成modbus-tcp的默認端口502)

工作模式為：服務器模式

S7-200 Modbus TCP通信

1 S7-200 Modbus TCP 通信簡介

Modbus 是公開通信協(xié)議，詳細的協(xié)議和規(guī)范，請訪問 Modbus 組織的網(wǎng)站：http://www.modbus.org/

Modbus TCP 是通過工業(yè)以太網(wǎng) TCP/IP 網(wǎng)絡傳輸?shù)?Modbus 通信。S7-200 SMART 采用客戶端-服務器方法，Modbus 客戶端設備通過該方法發(fā)起與 Modbus 服務器設備的 TCP/IP 連接。

建立連接后，客戶端向服務器發(fā)出請求，服務器將響應客戶端的請求。客戶端可請求從服務器設備讀取部分存儲器，或?qū)⒁欢〝?shù)量的數(shù)據(jù)寫入服務器設備的存儲器。如果請求有效，則服務器將響應該請求；如果請求無效，則會回復錯誤消息。

S7-200 SMART 支持做 Modbus TCP 的客戶端或者服務器，可以實現(xiàn) PLC 之間通信，也可以實現(xiàn)與支持此通信協(xié)議的第三方設備通信。通信伙伴數(shù)量比較多的時候，可以使用交換機，擴展以太網(wǎng)接口。

2 Modbus TCP 指令庫

STEP7-Micro/WIN SMART 從V2.4 版本開始，軟件中直接集成 Modbus TCP 庫指令。

安裝軟件后，Modbus TCP 指令位于 STEP7-Micro/WIN SMART 項目樹中“指令”文件夾的“庫”文件夾中。如圖2.Modbus TCP庫指令所示。

指令分為客戶端和服務器兩種，目前指令版本為 V1.0。客戶端指令會占用開放式用戶通信資源主動連接，最多8個；服務器指令會占用開放式用戶通信資源的被動連接資源，最多也是8個。

 

圖2.Modbus TCP庫指令

Modbus TCP 客戶端：

Modbus 客戶端指令MBUS_CLIENT使用 CPU 的以下資源：

占用主動連接資源。最多有8個主動連接資源

連接多個服務器伙伴時，自動生成連接 ID。

Modbus TCP 客戶端使用以下程序?qū)嶓w：

1 個子程序

2849 個字節(jié)的程序空間

V 存儲器的 638 字節(jié)模塊，用于指令符號

Modbus TCP 服務器：

Modbus 服務器指令 MBUS_SERVER 使用 CPU 的以下資源

占用被動連接資源。最多有8個被動連接資源

連接多個客戶端伙伴時，自動生成連接 ID。

Modbus TCP 服務器使用下列程序?qū)嶓w：

1 個子程序

2969 個字節(jié)的程序空間

V 存儲器的 445 字節(jié)模塊，用于指令符號

指令庫編程后，必須從 STEP 7-Micro/WIN SMART 的為使用的指令分配庫存儲區(qū)地址。

3 Modbus TCP 功能編程

下面以一臺S7-200 SMART和一臺ZKA-4488-ETH 之間進行Modbus TCP 通信為例，詳細闡述客戶端與服務器側(cè)如何編程及通信的過程。具體的實驗環(huán)境見表1.；通信任務見表2：

表1.實驗環(huán)境

操作系統(tǒng)	WIN7 SP1 專業(yè)版 64位
編程軟件	STEP7-Micro/WIN SMART V2.4版本
硬件	CPU SR60:6ES7288-1SR60-0AA0 固件：V2.4 版本ZKA-4488-WIFI：綜科智控4AI+4AO+8DI+8DO以太網(wǎng)modbus-tcp通信交換機：CSM 127 6GK7 277-1AA10-0AA0

表2.通信任務

硬件	通信角色	IP地址	端口號	讀/寫	數(shù)據(jù)區(qū)域
CPU SR60	客戶端	192.168.0.60	0	讀	VB20-VB31
ZKA-4488-WIFI	服務器	192.168.0.105	10001	響應	AI1~AI3模擬量采集值

客戶端側(cè)指令編程

1、系統(tǒng)塊中設置客戶端的IP地址，以確保IP地址設置無誤。此步驟為可選，如果確定IP地址設置無誤，可忽略此步驟。設置方法如圖2.所示。

 

圖2.系統(tǒng)塊設置IP地址

2、鼠標點擊 MAIN 主程序的程序段1的編程區(qū)域，從庫文件夾下找到 Modbus TCP 客戶端指令 MBUS_CLIENT，鼠標雙擊，指令出現(xiàn)在程序段1中，操作如圖3.所示。

 

圖3.添加客戶端指令

3、填寫客戶端指令參數(shù)，如圖4.所示。

 

圖4.填寫客戶端參數(shù)

程序塊具體參數(shù)詳細解釋介紹見表3.

參數(shù)及類型	數(shù)據(jù)類型	說明
Req	IN	BOOL	=1：表示向服務器發(fā)送Modbus 請求
Connect	IN	BOOL	=1：嘗試與分配的IP地址及端口號建立連接；=0：嘗試斷開已經(jīng)建立的連接，忽略Req的任何請求
IPAddr1-4	IN	BYTE	填寫 Modbus TCP 服務器的IP地址IPAddr1-4為高到低字節(jié)
IP_Port	IN	BYTE	填寫Modbus TCP 服務器的端口號
RW	IN	BYTE	指定操作模式 =0：讀；=1寫
Addr	IN	DWORD	要進行讀寫的參數(shù)的 Modbus 起始地址，本例中也即ZKA-4488-ETH寄存器地址
Count	IN	INT	要進行讀寫的參數(shù)數(shù)據(jù)長度；數(shù)字量輸入/輸出Count=1表示1 bit，最大1920位對于模擬量輸入和保持寄存器，最大 Count 值為 120 字。本例中讀取AI1~AI3模擬輸入的讀數(shù)，因為每個AI輸入通道占用2個WORD寄存器地址，所以讀取3個通道AI1~AI3就需要讀取6個WORD寄存器
DataPtr	IN_OUT	DWORD	數(shù)據(jù)寄存器地址指針，指向本地用于讀/寫操作的數(shù)據(jù)地址區(qū)域的首地址
Done	OUT	BOOL	TRUE：以下任一條件時為真：客戶端已與服務器建立連接；客戶端已與服務器斷開連接；客戶端已接收 Modbus 響應；發(fā)生錯誤 FALSE：客戶端正忙于建立連接或等待來自服務器的 Modbus 響應。
Error	OUT	BOOL	出現(xiàn)錯誤，僅一個周期有效

4、鼠標選中程序塊文件夾，單擊右鍵，下拉菜單中選擇庫存儲器，如圖5.所示。

 

圖5.點擊庫存儲器

5、在庫存儲區(qū)分配對話框中手動輸入存儲區(qū)的起始地址。此實例為VB5000開始，以使指令庫可以正常工作。確保庫存儲區(qū)與程序中其他已使用的地址不沖突。使用建議地址無法確定是否有地址重疊，所以推薦手動輸入正確的庫存儲區(qū)首地址。如圖6.所示。

 

圖6.庫存儲區(qū)地址分配

6、編譯項目，下載程序。

將M0.0置位為1，然后在狀態(tài)圖表中創(chuàng)建變量，VW20-VW30 共6個字，監(jiān)視值如圖7.所示。

 

 

圖7.讀取ZKA-4488-ETH的數(shù)據(jù)

4 關(guān)于 Modbus TCP協(xié)議及地址

S7-200 SMART 做 Modbus TCP 通信，可以支持的功能碼及功能描述及所占用的地址區(qū)，如表4.所示。客戶端會主動的發(fā)送請求，服務器響應。在通信指令填寫參數(shù)中沒有直接填寫功能碼，而是通過多個參數(shù)填寫共同確定功能碼的。

表4.功能碼概況說明

功能碼（十進制）	功能描述	RW	Addr	Count	CPU地址
01	讀數(shù)字量輸出 位	0	00001-09999	1-1920 位	Q0.0-1151.7
02	讀數(shù)字量輸入 位	0	10001-19999	1-1920 位	I0.0-1151.7
03	讀寄存器 字	0	40001-49999400001-465535	1-120 字	V區(qū)
04	讀模擬量輸入 字	0	30001-39999	1-120 字	AIW0-AIW110
05	寫數(shù)字量輸出 單個位	1	00001-09999	1位	Q0.0-Q1151.7
06	寫寄存器 單個字	1	40001-49999400001-465535	1個字	V區(qū)
15	寫數(shù)字量輸出 多個位	1	00001-09999	1-1920 位	Q0.0-1151.7
16	寫寄存器 多個字	1	40001-49999400001-465535	1-120 字	V區(qū)

舉例：

和Modbus TCP服務器交換數(shù)據(jù)參數(shù)支持功能碼：03，在客戶端指令中設置兩個參數(shù)確定03功能碼：

RW=0：確定讀取數(shù)據(jù)，（篩選出可能會使用的功能碼:01,02,03,04），

Addr：40001-49999/400001-465535，表示交換數(shù)據(jù)為寄存器類型的數(shù)據(jù)。

5 Modbus TCP 常問問題

1、如何判斷Modbus TCP連接是否建立？

答：進行Modbus TCP通信，需要建立連接，

S7-200 SMART CPU作為Modbus TCP客戶端時：通過Modbus TCP Client指令 MBUS_CLIENT 的符號表中的 mConnected 參數(shù)來判斷，如圖1.所示

mConnected=1 表示已經(jīng)建立連接，mConnected=0 表示尚未建立連接

 

圖1.mConnected判斷連接狀態(tài)

注意：當PLC內(nèi)存在多個客戶端或者多個服務器時，不建議參考該狀態(tài)點。

2、如何查看錯誤代碼？

答：出現(xiàn)錯誤時，MBUS_CLIENT 指令輸出參數(shù)Done 會為1，但是，Done在連接建立完成，連接斷開，響應完成時都會出現(xiàn)置位為1的情況。

出現(xiàn)錯誤時，還有Error字節(jié)會顯現(xiàn)出錯誤代碼，僅保留一個周期時間。

綜上所述，查看錯誤代碼，可以按照圖3.所示的方法進行。

 

圖3.查看錯誤代碼

3、進行 Modbus TCP 通信寄存器類型數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量大超過120個字如何處理？

答：如果數(shù)據(jù)量超過120個字，可以進行如下兩種方法操作：

A、建立多個連接，不同連接之間，可以并行操作，因為占用的通信資源不同；

B、建立一個連接，進行多個操作，不同操作之間需要進行輪詢，同一時刻只有一個操作在進行。

4、Modbus TCP通信時，如何訪問地址范圍大于49999 的保持寄存器？

Modbus 保持寄存器地址在 40001 到 49999 這一范圍內(nèi)。該范圍足以滿足大多數(shù)應用的要求，但有些 Modbus 從站設備將數(shù)據(jù)映射到地址范圍更大的保持寄存器中。 MBUS_CLIENT 指令允許參數(shù) Addr 的附加范圍，以支持 400001 至 465536 的保持寄存器地址的擴

展范圍。例如，要訪問保持寄存器 16768，請將 MBUS_CLIENT 的 Addr 參數(shù)設置為 416768。 擴展尋址允許訪問 Modbus 協(xié)議支持的全部 65536 個可能地址。此擴展尋址僅適用于保持寄存器。

5、S7-200 SMART作為 Modbus TCP客戶端， 服務器為網(wǎng)關(guān)模塊，連接多個 Modbus RTU 設備時如何區(qū)分 Modbus RTU 從站地址能？

答：S7-200 SMART CPU 作為 Modbus TCP 客戶端與 Modbus TCP 服務器通信，當嘗試訪問比 Modbus TCP 服務器更低端的串行子網(wǎng)中的設備，會有報錯 "無法建立連接"。如果 Modbus TCP 服務器用于 Modbus RTU 協(xié)議的網(wǎng)關(guān)，則 MB_UNIT_ID 可用于識別串行網(wǎng)

絡上連接的從站設備。MB_UNIT_ID 用于將請求轉(zhuǎn)發(fā)到正確的 Modbus RTU 從站地址。一些 Modbus TCP 設備可能要求 MB_UNIT_ID 參數(shù)在限制范圍內(nèi)。該參數(shù)所在位置，如圖4.所示

mModbusUnitID默認值為255（16#FF）,如果從站設備有多個，可以S7-200 SMART 和網(wǎng)關(guān)模塊建立一個連接，在這個連接上通過修改UnitID的值進行UnitID的輪詢。

 

圖4.mModbusUnitID

6、對于一些服務器不支持寫單個數(shù)字量輸出位（功能碼 5）/單個保持寄存器（功能碼 6），S7-200 SMART 如何實現(xiàn)寫單個位/字。

答：一些 Modbus 服務器設備不支持 Modbus 功能寫入單個離散輸出位（Modbus 功能 5）或?qū)懭雴蝹�保持寄存器（Modbus 功能 6）。相反，這些設備只支持多位寫入（Modbus 功能 15）或多寄存器寫入（Modbus 功能 16）。如果服務器設備不支持單個位/字 Modbus

功能，則 MBUS_CLIENT 指令將返回錯誤代碼 1。Modbus 客戶端協(xié)議允許強制 MBUS_CLIENT 指令使用多個位/字 Modbus 功能，而非使用單個位/字 Modbus 功能。可通過在 Modbus 客戶端符號表中查找符號 mModbusForceMulti，并在程序執(zhí)行 MBUS_CLIENT 之前

更改此值，來強制多個位/字指令。將 mModbusForceMulti 設置為 TRUE，可在寫入單個位或寄存器時強制使用多個位/字功能。如圖5.所示。