S7-1200集成PN接口MODBUS TCP通信概述
S7-1200集成PN接口MODBUS TCP通信概述
S7-1200集成PN接口MODBUS TCP通信概述
Modbus TCP是标准的网络通信协议，通过CPU上PN接口进行TCP/IP通信，不需要额外的通信硬件模块，Modbus TCP使用开放式用户通信连接作为Modbus通信路径，所支持的混合客户机和服务器连接数最大为CPU所允许的最大开放式用户通信连接数8个。
软件 STEP7 V11 SP1版本开始，S7-1200CPU 从Firmware V1.0.2开始，不再需要安装Modbus TCP的库文件，可以直接调用Modbus TCP的库指令“MB_CLIENT”和“MB_SERVER”使用实现Modbus TCP通信功能，如图1所示。
图1. Modbus TCP的库指令
S7-1200 做 Modbus Tcp Server（服务器）
“MB_SERVER”指令将处理Modbus TCP客户机的连接请求、接收Modbus功能的请求并发送响应。
- 调用MB_SERVER通信指令，进入 “Program blocks” > “OB1” 主程序中调用，设置连接ID、IP端口等参数，如下图2所示。
图2.调用MB_SERVER通信指令
功能块参数意义如下表5.
管脚 | 说明 |
|---|---|
DISCONNECT | “MB_SERVER”指令建立与客户机的被动连接：0-建立与指定IP地址和端口号的通讯连接，默认为0；1-断开通讯连接，在终止连接的过程中，不执行任何其他功能； |
CONNECT_ID | 连接的ID号：每个连接只有一个唯一的ID号； |
IP_PORT IP | 端口号将定义Modbus 客户机连接请求中要监控的IP端口号，默认值：502； |
HB_HOLD_REG | 指向“MB_SERVER”指令的Modbus保持寄存器的指针：保持寄存器可以是全局DB块或M区，如果是DB块则需要定义为“标准与S7- 300/400兼容”的类型，如图3所示，保持寄存器包含Modbus客户机可通过Modbus功能 FC03(读取)、FC06(写入)和FC16（读取）访问的值； |
NDR | 新数据就绪：0-没有新数据；1-从Modbus客户机写入新数据； |
DR | 数据读取：0-没有读取数据；1-从Modbus客户机读取数据； |
ERROR | 错误位：0-无错误；1-出现错误，错误原因查看STATUS； |
STATUS | 错误代码； |
表1. 功能块“MB_SERVER”参数
- MB_DATA_PTR数据块的新建
通过“Program blocks”>“Add new block”，选择“Data block”创建 DB 块，选择“标准与S7- 300/400兼容” ，点击“OK”键，定义数据区为100个字的数组，如图3所示。
图3.新建MB_DATA_PTR数据块
- Modbus地址的对应关系
“MB_SERVER”指令允许到达的Modbus功能（FC01、FC02、FC04、FC05、FC15）直接读取和写入访问S7-1200CPU的过程映像输入/输出区（数据类型：BOOL和WORD），通过Modbus功能代码（FC03、FC06和FC16）将到达的Modbus消息写入Modbus保持寄存器或从寄存器中读取（可通过MB_SERVER指令的参数“MB_HOLD_REG”指定保持寄存器），保持寄存器的大小（MB_HOLD_REG参数）必须大于1个字节，详细参考表2.
Modbus功能 | S7-1200 |
|---|---|
代码 | 功能 |
FC01 | 读取：位 |
FC02 | 读取：位 |
FC04 | 读取：字 |
FC05 | 写入：位 |
FC15 | 写多入：位 |
表2.Modbus地址的对应关系
- 客户机端 Modscan32 软件设置
注意：客户机采用Modscan32软件测试，Modscan32 做 Modbus TCP Client 测试软件，是第三方软件，可以从 internet 网络上下载。
将测试电脑的IP地址设置成192.168.0.210，打开Modscan32 软件，在Modscan32的“Setup->Data Definition”中设置功能码、起始地址、长度等，如图4所示。
图4.设置“Data Definition”参数
在“Connection->connect...”中打开连接属性对话框，选择“Remote modbus TCP Server”，设置服务器的IP地址，端口号，如图5所示。
图5.设置连接属性
注意：用Modsscan32做客户机不需要考虑Device ID和服务器一致的情况，服务器自动响应客户机的Device ID。
- 通讯测试
S7-1200作服务器，客户机Modscan32用FC03功能码读取服务器的两个字，设置客户机和服务器的功能、起始地址、端口等参数相对应，具体设置如图5~6所示，
图6.S7-1200作服务器
通讯结果如下图7所示，Modscan32从服务器读到数据10，20到客户机的DB4.DBW0和DB4.DBW2区域。
*图7.FC03通讯结果*
用功能FC15向服务器的Q0.0~Q0.7写8位数据，设置连接参数，Modscan32设置结果如下图8所示。
图8.使用FC15通讯，设置Modscan32
测试结果，服务器侧直接对应过程映像输出区，0000100008对应Q0.0Q0.7，如下图9所示。
图9. 使用FC15通讯测试结果
- HR_Start_Offset背景参数
HR_Start_Offset是类型为字，用于指定Modbus保持寄存器的起始地址，存储在MB_SERVER背景数据块中，默认值是0，可以通过编程将值写入HR_Start_Offset。以上面FC03功能读2个字为例，将HR_Start_Offset的偏移量设置成2，其他参数不修改，HR_Start_Offset偏移前后地址对应关系如下表7，编程调用和结果如图10~11所示。
HR_Start_Offset | 地址 | 数据1 | 数据2 |
|---|---|---|---|
0 | Modbus 地址（字） | 40001 | 40002 |
S7-1200地址 | DB4.DBW0 | DB4.DBW2 | |
2 | Modbus 地址（字） | 40003 | 40004 |
S7-1200地址 | DB4.DBW0 | DB4.DBW2 |
表3. HR_Start_Offset偏移前后地址对应关系
编程调用如下图10所示
图10.HR_Start_Offset的偏移量设置
通讯结果如下图11所示
图11. 通讯结果
- MB_SERVER参数STATUS的查询参考下面列表4.
STATUS（W#16#） | 发送到Modbus客户端的响应代码（B#16#） | 错误说明 |
|---|---|---|
7001 | MB_SERVER 正在等待Modbus客户机连接到指定的TCP端口，仅在第一次执行连接或断开操作时才报告此代码 | |
7002 | MB_SERVER 正在等待Modbus客户机连接到指定的TCP端口，等待连接或断开操作完成时，将针对任何后续执行报告此代码 | |
7003 | 断开操作已成功完成（仅在一个PLC扫描周期内有效） | |
8187 | 参数MB_HOLD_REG中的指针无效，数据区过小 | |
818C | 参数MB_HOLD_REG指向优化的区域（必须为“标准与S7- 300/400兼容”的DB或M区）或因执行超时出错（55秒） | |
8381 | 01 | 不支持此功能代码 |
8382 | 03 | 数据长度错误 |
8383 | 02 | 数据地址错误或访问了保持寄存器（MB_HOLD_REG参数）地址以外的区域 |
8384 | 03 | 数据值错误 |
8385 | 03 | 不支持此数据诊断代码值（功能FC08） |
表4.MB_SERVER参数STATUS
除了上面列出的错误外，也可以从底层传输通信指令（TCON、TDISCON、TSEND和TRCV）返回错误，参考相应指令的错误代码。
说明：Modbus Slave做 Modbus TCP server 测试软件，Modscan32 做 Modbus TCP Client 测试软件，两者都是第三方软件，可以从 internet 网络上下载。