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1、Modbus协议在S7-200 PLC与PC机通信中的应用定义使用Modbus通信协议是Modicon公司提出的一种报文传输协议，它广泛应用于工业控制领域，并已经成为一种通用的行业标准。不同厂商提供的控制设置可通过Modbus协议连接成通信网络，从而实现集中控制。根据传输网络类型的区别，Modbus通信协议又分为串行链路上的Modbus和基于TCP/IP协议的Modbus。Modbus串行链路协议只有一个主站，可以有1247个从站。Modbus通信只能从主站发起，从站在未收到主站的请求时，不能发送数据或互相通信。Modbus串行链路协议的通信接口可采用RS-485接口，也可使用RS-232C接
2、口。其中RS-485接口可用于远距离通信，RS-232C接口只能用于短距离通信。Modbus报文传输格式：Modbus寻址Modbus地址通常是包含数据类型和偏移量的5个或6个字符值。第一个或前两个字符决定数据类型，最后的四个字符时符合数据类型的一个适当的值。Modbus主设备指令能将地址映射至正确的功能，以便发送到从站。1 Modbus主站寻址。Modbus主设备指令支持下列Modbus地址：（1）00001至09999是离散输出（线圈）。（2）10001至19999是离散输入（触点）。（3）30001至39999是输入寄存器（通常是模拟量输入）。（4）40001至49999是保持寄存器。所
3、有Modbus地址均以1为单位，表示第一个数据值从地址1开始。有效地址范围将取决于从站。不同的从站将支持不同的数据类型和地址范围。2 Modbus从站寻址Modbus从站指令支持以下地址：（1）000001至000128是实际输出，对应于Q0.0Q15.7。（2）010001至010128是实际输入，对应于I0.0I15.7。（3）030001至030032是模拟输入寄存器，对应于AIW0至AIW2。（4）040001至04xxxx是保持寄存器，对应于V区。Modbus从站协议允许你对Modbus主站可访问的输入、输出、模拟输入和保持寄存器（V去）的数量进行限定。MBUS_INIT指令的参数M
4、axIQ指定Modbus主站允许访问的实际输入或输出（I或Q）的最大数量。MBUS_INIT指令的MaxAI参数指定Modbus主站允许访问的输入寄存器（AIW）的最大数量。MBUS_INIT指令的MaxHold参数指定Modbus主站允许访问的保持寄存器（V存储区字）的最大数量。Modbus地址与S7-200地址对应关系如下表所示。000001Q0.0000002Q0.1000003Q0.2000127Q15.6000128Q15.7010001I0.0 010002I0.1 010003I0.2010127I15.6010128I15.7030001AIW0030002AIW2030003
5、AIW4030032AIW62040001HoldStart040002HoldStart+2040003HoldStart+404xxxxHoldStart+2x(xxxx-1)Modbus寻址：ASCII模式和RTU模式Modbus通信协议有ASCII和RTU（远程传输单元）两种报文传输模式。Modbus网络中所有的站必须采用相同的传输模式和串口参数。ASCII模式采用LRC（纵向冗余校验）方式进行校验，其报文格式如下表所示：地址功能码数量字节数数据1数据nLRC高字节LRC低字节回车换行ASCII模式中，报文帧中的每个8位字节都转换为两个ASCII码发送。报文中的每个ASCII码都由16
6、进制字符组成，传输的每个字符都包括1个起始位、7个数据位、1个奇偶校验位、1个停止位；如果没有校验位，则有两个停止位。LRC计算时不包括开始的冒号符、LRC本身和回车换行符。RTU模式的报文格式如下表所示：地址功能码数据1数据nCRC高字节CRC低字节地址：Modbus地址，1个字节。功能码：Modbus功能代码，1个字符。Modbus协议支持的功能码16条（116），其中西门子Modbus RTU协议库支持最常用的8条。信息数据：N个字节，格式与功能码有关。CRC：循环冗余校验，两个字节。西门子Modbus RTU协议库支持最常用的8条功能码如下表所示：功能码描述1读取单个/多个线圈的实际输
7、出状态。功能1返回任意数量输出点的接通/断开状态（Q）。2读取单个/多个线圈的实际输入状态。动能2返回任意数量的输入点的接通/断开（I）。3多个保持寄存器，功能3返回V存储器的内容。保持寄存器在Modbus下是字类型，在一个请求中最多可读120个字。4读单个/多个输入寄存器，返回模拟输入值。5写单个线圈（实际输出）。功能5将实际输出点设置为指定值。改输出点不是被强制，用户程序可以重写由Modbus的请求而写入的值。6写单个保持寄存器。功能6写一个单个保持寄存器的值到S7-200的V存储区。15写多个线圈（实际输出）。动能15写多个实际输出值到S7-200的Q映像区。起始输出点必须是一个字节的开
8、始（如，Q0.0或Q2.0），并且要写的输出的数量是8的倍数。这是Modbus从站协议指令的限定。这些点不是被强制，用户程序可以重写由Modbus的请求而写入的值。16写多个保持寄存器。功能16写多个保持寄存器到S7-200的V区。在一个请求中最多可以写120字。Modbus报文传输格式RTU模式下，报文中的每8位字节被转化为两个16进制字符，然后以字节为单位进行传输，并采用CRC（循环冗余校验）方式进行校验。RTU模式的有点在于同波特率下有着比ASCII模式更高的传输效率。目前支持Modbus通信的DCS系统和过程仪表大都采用基于串行接口的Modbus RTU模式，西门子提供了针对西门子PL
9、C Modbus RTU通信的协议库。如果要在西门子PLC上实现Modbus ASCII模式通信，用户可根据相关协议规定利用自由口模式自主编程实现。西门子专门为Modbus RTU通信开发了指令库，极大地简化了Modbus RTU通信的开发，以便于快速实现相关应用。通过Modbus RTU从站指令库，是的S7-200可作为Modbus RTU中的从站设备集成到Modbus网络中，以实现与Modbus主站设备的通信。而在最近推出的STEP7-Micro/Win SP5升级包中，西门子又增加了Modbus RTU Master指令库，使得S7-200 CPU可作为Modbus主站，实现与Modbu
10、s RTU从站的通信任务。要使用Modbus指令库必须注意以下四点：（1）使用Modbus指令库前，需要将其安装到Step7-Micro/Win中，Step7-Micro/Win必须为V3.2或以上版本。（2）S7-200 CPU必须是固化程序修订版2.00或最好支持Modbus主设备协议库（CPU MLFB 21x-2xx23-0XB0）。（3）由于目前已经推出了针对端口0和端口1的Modbus RTU主站指令库Modbus Master Port0和Modbus Master Port1、以及针对端口0的Modbus RTU从站指令库，故可利用指令库实现端口0的Modbus RTU主/从站
11、通信。（4）一旦CPU端口被利用于Modbus RTU主/从站协议通信时，该端口就无法用于任何其它用途，包括与Step7-Micro/Win通讯。Modbus主站协议指令：西门子Modbus主站协议库包括两条指令：MBUS_CTRL指令和MBUS_MSG指令。MBUS_CTRL指令用于初始化主站通信，MBUS_MSG指令（或用于端口1的MBUS_MSG_P1）用于启动对Modbus从站的请求并处理应答。MBUS_CTRL指令用于S7-200端口0的MBUS_CTRL指令（或用于端口1的MBUS_CTRL_P1指令）可初始化、监视或禁用Modbus通讯。在使用MBUS_MSG指令之前，必须正确执
12、行MBUS_CTRL指令。指令完成后立即设定“完成”位，才能继续执行下一条指令。MBUS_CTRL指令在每次扫描且EN输入打开时执行。MBUS_CTRL指令必须在每次扫描时（包括首次扫描）被调用，以允许监视随MBUS_MSG指令启动的任何突出消息的进程。除非每次调用MBUS_CTRL，否则Modbus主设备协议将不能正确运行。西门子EN：指令使能位。Mode：“模式”参数。“模式”输入数值选择通讯协议输入值1将CPU端口分配给Modbus协议并启用改协议。输入值0将CPU端口分配给PPI系统协议，并禁用Modbus协议。Baud：“波特率”参数。MBUS_CTRL指令支持的波特率为1200，2
13、400，4800，9600，19200，38400，57600或115200bit/s。Parity：“奇偶校验”参数。“奇偶校验”参数被设为与Modbus从站奇偶校验相匹配。所有设置使用一个起始位和一个停止位。可接受的数值为：0 无奇偶校验1 奇校验2 偶校验Timeout：“超时”参数。“超时”参数设为等待来自从站应答的毫秒时间数。“超时”数值可以设置的范围为1毫秒到32767毫秒。典型值是1000毫秒（1秒）。“超时”参数应该设置的足够大，以便从站有时间对所选的波特率作出应答。Done：MBUS_CTRL指令成功完成时，“完成”输出为1，否则为0。 Error：“错误”输出代码。“错误”
14、输出代码由反应执行该指令的结果的特定数字构成。“错误”输出代码的含义如下：0 无错误1 奇偶校验选择无效2 波特率选择无效3 超时选择无效4 模式选择无效上述参数支持的操作数和数据类型如下表所示。输入/输出操作数数据类型ModeI，Q，M，S，SM，T，C，V，L布尔BaudVD，ID，QD，MD，SMD，LD，AC，Constant，*VD，*AC，*LD双字ParityVB，IB，QB，MB，SMB，LB，AC，Constant，*VD，*AC，*LD字节TimeoutVW，IW，QW，MW，SMW，LW，AC，Constant，*VD，*AC，*LD字DoneI，Q，M，S，SM，T，C
15、，V，L布尔ErrorVB，IB，QB，MB，SMB，LB，AC，*VD，*AC，*LD字节MBUS_MSG指令MBUS_MSG指令（或用于端口1的MBUS_MSG_P1）用于启动对Modbus从站的请求并处理应答。当EN输入和“首次”输入都为1时，MBUS_MSG指令启动对Modbus从站的请求。发送请求、等待应答、并处理应答通常需要多次扫描。EN输入必须打开以启用请求的发送，并应该保持打开直到“完成”位被置位。必须注意的是，一次只能激活一条MBUS_MSG指令。如果启用了多条MBUS_MSG指令，则将处理所执行的第一条MBUS_MSG指令，之后的所有MBUS_MSG指令将中止并产生错误代码
16、6。EN：指令使能位。First：“首次”参数。“首次”参数应该在有新请求要发才打开以进行一次扫描。“首次”输入应当通过一个边沿检测元素（例如上升沿）打开，这将导致请求被传送一次。Slave：“从站”参数。“从站”参数是Modbus从站的地址，允许的范围是0到247。地址0是广播地址，只能用于写请求。不存在对地址0的广播请求的应答。并非所有的从站会支持广播地址，S7-200 Modbus从站协议库不支持广播地址。RW：“读写”参数。“读写”参数指定是否要读取或写入该消息。“读取”参数允许使用下列两个值：0读，1写。Addr：“地址”参数。“地址”参数是起始的Modbus地址。允许使用下列取值范
17、围：00001至09999是离散输出（线圈）10001至19999是离散输入（触点）30001至39999是输入寄存器40001至49999是保持寄存器其中离散输出（线圈）和保持寄存器支持读取和写入请求，而离散输入（触点）和输入寄存器支持读取请求。“地址”的具体值应与Modbus从站支持的地址一致。Count：“计数”参数。“计数”参数指定在该请求中读或写入的数据元素的数目。“计数”数值是位数（对于位数据类型）和字数（对于字数据类型）。根据Modbus协议，“计数”参数与Modbus地址存在以下对应关系：地址计数0xxxx“计数”是要读取或写入的位数。1xxxx“计数”是要读取的位数。3xxx
18、x“计数”是要读取的输入寄存器的字数。4xxxx“计数”是要读取或写入的保持寄存器的字数。MBUS_MSG指令将读取或写入最大120个字或1920个位（240字节的数据）。“计数”的实际值还取决于Modbus从站中的限制。DataPtr：“DataPtr”参数。“DataPtr”参数是指向S7-200CPU的V存储器中与读取或写入请求相关的数据的间接地址指针。对于读取请求，DataPtr应指向用于存储从Modbus从站读取的数据的第一个CPU存储器位置。对于写入请求，DataPtr应指向要发送到Modbus从站的数据的第一个CPU存储器位置。Done：完成输出。完成输出在发送请求和接收应答时关
19、闭。“完成”输出在应答完成或MBUS_MSG指令因错误而中止时打开。Error：“错误”输出仅当“完成”输出打开时有效。低位编号的错误代码（1到8）是由MBUS_MSG指令检测到的错误。这些错误代码通常指示与MBUS_MSG指令的输入参数有关的问题，或接收来自从站的应答时出现的问题。奇偶校验和CRC错误指示存在应答但是数据未正确接收。这通常是由电气故障（例如连接有问题或者电噪声）引起的。高位编号的错误代码（从101开始）是由Modbus从站返回的错误。这些错误指示从站不支持所请求的功能，或者所请求的地址（或数据类型或地址范围）不被Modbus从站支持。MBUS_MSG指令错误代码含义如下所示：
20、MBUS_MSG错误代码说明0无错误1应答时奇偶校验错误：权当使用偶校验或奇校验时才会发生。传输被干扰，可能会收到不正确的数据。该错误通常是由电气故障（例如错误接线或者影响通讯的电噪声）引起的。2保留位，暂未启用。3接收超时：在“超时”时间内，没有来自从站的应答，可能有以下一些原因：与从站的电气连接有问题、主设备和从站设置为不同的波特率/奇偶校验设置，以及错误的从站地址。4请求参数出错：一个或多个输入参数（从站、读写、地址或计数）被设置为非法值。检查文档中输入参数的允许值。5Modbus主设备未启用：在调用MBUS_MSG前，每次扫描时都调用MBUS_CTRL。6Modbus忙于处理另一个请求
21、： 只能激活一条MBUS_MSG指令。7应答时出错：收到的应答与请求不相关。这表示从站中出现了某些错误，或者错误的从站应答了请求。8应答时CRC错误：传输被干扰，可能会收到不正确的数据。该错误通常是由电气故障（例如错误链接或者影响通讯的电噪声）引起的。101从站不支持在该地址处所请求的功能，请参阅表1-4.102从站不支持数据地址：“地址”加上“计数”所要求的地址范围超出了从站所允许的地址范围。103从站不支持数据类型：该“地址”类型不被从站支持。104从站故障。105从站已接受消息但应答延迟：这是MBUS_MSG的错误，用户程序应在稍后重新发送请求。106从站忙，因此拒绝消息：可以再次尝试相
22、同的请求，以获得应答。107从站因未知原因而拒绝消息。108从站存储器奇偶校验错误：从站中有错胡。上述参数支持的操作数和数据类型如下表所示：输入/输出数据类型操作数FirstI，Q，M，S，SM，T，C，V，L（以上升沿检测元素为条件的功率流）布尔SlaveVB，IB，QB，MB，SMB，LB，AC，Constant，*VD，*AC，*LD字节RWVB，IB，QB，MB，SMB，LB，AC，Constant，*VD，*AC，*LD字节AddrVD，ID，QD，MD，SMD，LD，AC，Constant，*VD，*AC，*LD双字CountVW，IW，QW，MW，SMW，LW，AC，Consta
23、nt，*VD，*AC，*LD整型DataPtr&VB双字DoneI，Q，M，S，SM，T，C，V，L布尔ErrorVB，IB，QB，MB，SMB，LB，AC，*VD，*AC，*LD字节MBUS_INIT指令：西门子Modbus从站协议库包括两条指令：MBUS_INIT指令和MBUS_SLAVE指令。MBUS_INIT指令用于启用和初始化或禁止Modbus通讯。MBUS_SLAVE指令用于为Modbus主设备发出的请求服务。MBUS_INIT指令用于启用和初始化或禁止Modbus从站通讯。在使用MBUS_SLAVE指令之前，必须正确执行MBUS_INIT指令。指令完成后立即设定“完成”位，才能继
24、续执行下一条指令。EN：指令使能位。Mode：模式选择，启动/停止Modbus从站通信。Mode参数允许使用一下两个数值：1启动，0停止。Address：从站地址，Modbus从站地址，取值1247.Baud：波特率，可选1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200。Parity：奇偶校验，0=无校验；1=奇校验；2=偶校验。Delay：延时，附加字符间延时，缺省值为0。MaxIQ：最大I/Q位，参与通信的最大I/O点数，S7-200的I/O映像区128/128，缺省值为128。MaxAI：最大AI字数，参与通信的最大AI通道数，可为16或32。Ma
25、xHold：设定供Modbus地址4xxxx使用的V存储器中的字保持寄存器数目。HoldStart：保持寄存器区起始地址，以&VBx指定（间接寻址方式）。Done：初始化完成标志，成功初始化后置1。Error：初始化错误代码。MBUS_INIT指令错误代码的含义如下表所示：错误代码说明0无错误1内存范围错误2非法波特率或奇偶校验3非法从属地址4非法Modbus参数值5保持寄存器与Modbus从属符号重叠6收到奇偶校验错误7收到CRC错误8非法功能请求/功能不受支持9请求中的非法内存地址10从属功能未启用上述参数支持的操作数和数据类型如下表所示：输入/输出操作数数据类型模式、地址、奇偶校验VB，
26、IB，QB，MB，SMB，LB，AC，Constant，*VD，*AC，*LD字节波特、HoldStartVD，ID，QD，MD，SMD，LD，AC，Constant，*VD，*AC，*LD双字延时、MaxIQ，MaxAI，MaxHoldVW，IW，QW，MW，SMW，LW，AC，Constant，*VD，*AC，*LD字完成I，Q，M，S，SM，T，C，V，L布尔错误VB，IB，QB，MB，SMB，LB，AC，*VD，*AC，*LD字节MBUS_SLAVE指令被用于为Modbus主设备发出的请求服务，并且必须在每次扫描时执行，以便允许该指令检查和回答Modbus请求。MBUS_SLAVE指令
27、无输入参数，在每次扫描且EN输入开启时执行。EN：指令使能位。Done：Modbus执行通信中时置1，无Modbus通信活动时为0。Error：错误代码。MBUS_SLAVE指令错误代码的含义如下表所示：错误代码说明0无错误1内存范围错误2非法波特率或奇偶校验3非法从属地址4非法Modbus参数值5保持寄存器与Modbus从属符号重叠6收到奇偶校验错误7收到CRC错误8非法功能请求/功能不受支持9请求中的非法内存地址10从属功能未启用附例。1、 硬件设置例程中的Modbus通讯是在两个S7-200CPU的0号通讯口间进行的（最好每个CPU都有两个通讯口）。在主站侧也可以选择相应库文件”MBUS
28、_CTRL_P1”和”MBUS_MSG_P1”通过1号通讯口通信。通讯口1与Micro/WIN建立PG或PC连接，两个CPU的通讯口0通过PPI电缆进行连接（电缆的针脚 连接2，3，7，8）2、 参数匹配对于Modbus通讯，主站侧需要程序库”MBUS_CTRL”和”MBUS_MSG”，从站侧需要程序库”MBUS_INIT”和”MBUS_SLAVE”。在Micro/WIN中你需要为主站和从站新建一个项目，程序与参数设置。必须要保证主站与从站的“Baud”和“Parity”的参数设置要一致，并且程序块”MBUS_MSG”中的”Slave”地址要与程序块”MBUS_INIT”中的”Addr”所设置
29、的一致。Micro/WIN“系统块”中设置的0通讯口的波特率与Modbus协议无关（”Mode”=”1”）。3、库的存储地址项目完成后必须要在Micro/WIN中定义库的存储地址，当定义完存储区后，要保证在任何情况下不能再被其他程序所使用（主站侧：“DataPtr”+“Count”从站侧：“HoldStart”+“MaxHold”）。4、保持寄存器的传输将程序下载到相应的CPU后，可以在状态表中给出主站侧的V存储区赋值，然后监视从站的变化。当主站的I0.0使能后，VW2中的内容就被发送到从站并写入从站的VW2。保持寄存器值的传输见图。指针“DataPtr”代表了V区被读的起始地址。参数“Cou
30、nt”表明了地址“Addr”=“4xxxx”（保持寄存器）以字为单位被读的个数。主站中被读取的V存储区被写入地址为“Addr”=“40002”（“RW”=“1”）的保持寄存器中。保持寄存器是以字为单位工作的，它与从站的V区地址对应。指针“HoldStart”明确了与保持寄存器起始地址40001相对应的V存储区的初始地址。这样可以计算从站的V区目标指针：2*（Addr-40001）+HoldStart=2*（40002-40001）+&VB0=&VB2另外，要保证“MaxHold”定义的数据区能够包含主站侧所要写入的数据区：MaxHold=Addr-40001+Count=40002-40001+1=2