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S7-200與6RA70裝置連接

1． 系統(tǒng)要求

> 安裝MicroWin software（V3.2以上）以及 USS協(xié)議庫(kù)（V2.0以上）
> PC/PPI電纜、S7-200（如CPU 226XM）、電源模塊、通信電纜
> 6RA70驅(qū)動(dòng)裝置及一臺(tái)PC機(jī)

2． 在使用MicroWin software 創(chuàng)建項(xiàng)目之前，先檢查USS protocol協(xié)議是否被正確安裝，此協(xié)議庫(kù)需要單獨(dú)購(gòu)買：

3．我們需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的例程：

> 第一步：設(shè)置通訊接口

> 第二步：建立PC與S2-200之間連接（注意：PC通過PC/PPI電纜與S7-200PORT1口連接；）

> 第三步：用串口電纜將S7-200PORT0端口與6RA70的PMU上X300、CUD1端子X172或CUD2端子X162相連 （注意：端口連接的規(guī)則，X300是3對(duì)3、8對(duì)8；CUD1端子X172是3對(duì)X172:58，8對(duì)X172:59;CUD2端子X162是3對(duì)X162:63，8對(duì)X162:64）

> 第四步：使用USS協(xié)議的初始化模塊初始化S7-200的PORT0端口
二進(jìn)制值2#1000 0000 0000表示要初始化USS地址11的6RA70驅(qū)動(dòng)裝置，波特率為9600，此波特率值要與PC/PPI電纜的設(shè)置相同，詳細(xì)情況請(qǐng)參看USS_INIT的幫助文件；此外我們還需要在6RA70裝置上設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。

表一：

> 第五步：使用USS_CTRL模塊來(lái)控制USS地址11的6RA70裝置，為了運(yùn)行6RA70需要按照表一設(shè)置參數(shù)

> 第六步：在編譯程序之前，選擇 Program Block -> Library then right mouse click: select Library Memeory. 在點(diǎn)擊Suggested Address選擇V存儲(chǔ)區(qū)的地址后點(diǎn)擊 “OK”退出，如下圖所示：

> 第七步：編譯程序并下載到S7-200，將RUN位置1，并在狀態(tài)表中輸入速度給定，在閉合CUD1端子X172:37和X172:38之后，6RA70直流裝置就可以運(yùn)行起來(lái)了，如下圖狀態(tài)表所示：（注意：由于MM440和6RA70的工作方式和控制字的定義并不完全相同，所以你需要將OFF2、OFF3、F_ACK命令位連接到6SE70相應(yīng)的參數(shù)，它們才能起作用；此外，由于控制字的定義不相同，DIR方向控制位并不能起到方向控制的作用；詳細(xì)情況請(qǐng)參看USS_CTRL的幫助文件及6RA70控制字的定義，在本例中將RUN信號(hào)連接到6RA70脈沖使能控制參數(shù)P661，而將速度給定連接到主給定參數(shù)P644）

4. 讀寫O2類型參數(shù)：如讀寫參數(shù)P078，使用USS_RPM_W和USS_WPM_W（這兩個(gè)功能塊用來(lái)讀寫16位無(wú)符號(hào)整數(shù)）

> 讀參數(shù)P078，其數(shù)據(jù)類型為O2，表示16位無(wú)符號(hào)整數(shù)；其程序塊如下圖所示：

在運(yùn)行此程序塊的情況下，只要給S7-200的I0.3置一個(gè)上升沿，就可以完成一次對(duì)參數(shù)P078的讀操作，讀入的值被保存到R_P078。需要特別注意的是USS_RPM_W的INDEX值必須置1，因?yàn)镸M440默認(rèn)的是PXXXX.0參數(shù)組,而6RA70默認(rèn)的是PXXX.1參數(shù)組

> 寫參數(shù)P078，其程序塊如下圖所示：

在運(yùn)行此程序塊的情況下，只要給S7-200的I0.4置一個(gè)上升沿，就可以完成一次對(duì)參數(shù)P078的寫操作，將W_P078中保存的值寫入到參數(shù)P078。USS_WPM_W的EEPROM是邏輯“0”時(shí)，寫入的值只被保存到6RA70的RAM中，當(dāng)EEPROM是邏輯“1”時(shí)，寫入的值同時(shí)被保存到6RA70的RAM和EEPROM中，但向EEPROM中寫數(shù)據(jù)是有次數(shù)限制，最多不要超過50000次

> 讀寫參數(shù)P078的操作請(qǐng)參照如下的狀態(tài)表所示：

5. 讀寫I2類型參數(shù)：如讀寫參數(shù)P320，使用USS_RPM_W和USS_WPM_W（這兩個(gè)功能塊用來(lái)讀寫16位無(wú)符號(hào)整數(shù)）

> 讀參數(shù)P320，其數(shù)據(jù)類型為I2，表示16位有符號(hào)整數(shù)；其程序塊如下圖所示：

在運(yùn)行此程序塊的情況下，只要給S7-200的I1.1置一個(gè)上升沿，就可以完成一次對(duì)參數(shù)P320的讀操作，讀入的值被保存到R_P320。

> 寫參數(shù)P320，其程序塊如下圖所示：

在運(yùn)行此程序塊的情況下，只要給S7-200的I1.2置一個(gè)上升沿，就可以完成一次對(duì)參數(shù)P320的寫操作，將W_P320中保存的值寫入到參數(shù)P320。

> 讀寫參數(shù)P078的操作請(qǐng)參照如下的狀態(tài)表所示

> 參數(shù)P320的數(shù)據(jù)類型是I2(16位有符號(hào)的整數(shù))，而USS功能塊USS_RPM_W和USS_WPM_W是根據(jù)MM440參數(shù)數(shù)據(jù)類型的定義，用來(lái)讀寫16無(wú)符號(hào)的整數(shù)。因此用這兩個(gè)功能塊讀寫6RA70的I2型參數(shù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的問題，如參數(shù)值是正數(shù)是能夠正確讀寫，當(dāng)參數(shù)值是負(fù)數(shù)時(shí)，讀寫操作就無(wú)法實(shí)現(xiàn)了

6. 此外S7-200的USS庫(kù)還包括USS_RPM_D和USS_WPM_D（這兩個(gè)功能塊用來(lái)讀寫32位無(wú)符號(hào)整數(shù)），以及USS_RPM_R和USS_WPM_R(這兩個(gè)功能塊用來(lái)讀寫浮點(diǎn)數(shù))

1. 概述
在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，很多儀表和設(shè)備僅支持Modbus RTU的通訊協(xié)議，第三方儀表可以做Modbus主站或從站，西門子的通訊模塊CP341 / CP441-2 通過Dongle（硬件狗）可以擴(kuò)展該協(xié)議，S7-200 集成的口可以支持自由口通訊，通過指令庫(kù)也可以方便的實(shí)現(xiàn)Modbus RTU通訊。本文以S7-200作為Modbus 主站，CP341作為Modbus 從站，實(shí)現(xiàn)Modbus RTU通訊，闡述兩者在通訊方面的設(shè)置和注意事項(xiàng)。

2. 軟件環(huán)境

2.1 STEP7 V5.4 SP4
用于編寫 S7-300/400程序，此軟件需要從西門子購(gòu)買，本文檔中的300的程序是使用Step7 V5.4 SP4的軟件編寫。

2.2 CP PTP Param V5.1 SP11
串行通訊模板的驅(qū)動(dòng)程序，安裝此驅(qū)動(dòng)后才能對(duì)PtP模板進(jìn)行參數(shù)配置，并在Step7中集成通訊編程需要使用的功能塊。此驅(qū)動(dòng)隨購(gòu)買模板一起提供，也可以從以下的鏈接下載：27013524

2.3 CP PTP Modbus Slave V3.1 SP7
CP341或CP441-2用于Modbus從站時(shí)，需要安裝此驅(qū)動(dòng)協(xié)議，但安裝之前必須先安裝PtP Driver，此驅(qū)動(dòng)可以在購(gòu)買Modbus Dongle時(shí)選擇購(gòu)買，也可以從以下的鏈接下載：27774276

2.4 STEP7 Micro/WIN V4.0 SP6
用于S7-200編程的軟件，本文檔中的200的程序是使用Step7 Micro/win 的軟件編寫。此軟件可以從西門子下載中心免費(fèi)下載，也可以從以下的鏈接下載。
http://www.ad.siemens.com.cn/download 網(wǎng)站 自動(dòng)化系統(tǒng)>>S7-200>>軟件，文檔編號(hào)S0002。

2.5 Toolbox_V32-STEP 7-Micro WIN 32 Instruction Library
S7-200實(shí)現(xiàn)Modbus RTU功能，可以使用Modbus的指令庫(kù)，要使用西門子的標(biāo)準(zhǔn)指令庫(kù)，必須先安裝指令庫(kù)的軟件包 Instruction Library，安裝后，可以在Step 7-Micro/WIN軟件的庫(kù)中找到Modbus相關(guān)的指令，該軟件包可以從以下的鏈接下載。http://www.ad.siemens.com.cn/download 網(wǎng)站 自動(dòng)化系統(tǒng)>>S7-200>>軟件，文檔編號(hào)S0010。

3. 硬件列表和接線

3.1 硬件列表

表1 硬件設(shè)備

3.2 硬件接線

3.2.1 接口定義
S7-200的通訊口為RS485物理口（9針口），CP341是RS422/485的接口類型（15針口），兩種設(shè)備的接口引腳的示意圖如下所示，更詳細(xì)的信息可以參考CP341及S7-200通信接口的手冊(cè)。

圖1 S7-200 CPU通信口引腳定義

6ES7222-1EF22-0XA0
圖2 S7-300 CP341 RS422/485 通訊口引腳定義

3.2.2 接線示意圖

圖3 硬件結(jié)構(gòu)和接線示意圖

4. 組態(tài)設(shè)置和編程

4.1 S7-200做Modbus主站的設(shè)置
S7-200 CPU上的通信口在電氣上是標(biāo)準(zhǔn)的RS-485半雙工串行通信口，此串行字符通信的格式：1個(gè)起始位；7/8位數(shù)據(jù)位；1位奇/偶/無(wú)校驗(yàn)；1停止位。通信波特率可以設(shè)置為1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或112500，符合這些格式的串行通訊設(shè)備可以和S7-200進(jìn)行自由口通訊，Modbus RTU指令庫(kù)就是使用自由口編程實(shí)現(xiàn)的。

4.1.1 Modbus RTU主站庫(kù)

使用Modbus 主站指令庫(kù)時(shí)需要注意的幾點(diǎn)：

• 需要S7-200的編程軟件是 Micro/WIN V4.0 SP5及以上版本；
• Modbus RTU 主站庫(kù)對(duì)CPU的版本有要求，CPU 的版本必須為 2.00 或者 2.01（即訂貨號(hào)為 6ES721*－***23-0BA*）；
• Modbus主站可讀/寫的最大數(shù)據(jù)量為120個(gè)字（指每一個(gè) MBUS_MSG 指令）；
• Modbus 主站庫(kù)支持Port0和Port1（從站庫(kù)只支持Port0口），本例中用Port0；
• 使用Modbus 庫(kù)時(shí)必須對(duì)庫(kù)存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行分配，見下圖設(shè)置，而且分配的空間不能和程序中其它空間沖突，否則編譯調(diào)用會(huì)報(bào)錯(cuò)。

圖4 庫(kù)存儲(chǔ)區(qū)設(shè)置

• Modbus主站庫(kù)支持的功能碼和地址對(duì)應(yīng)關(guān)系：
   

  Modbus 地址	讀 / 寫	Modbus 從站須支持的功能
  00001~09999	讀	功能1：讀輸出點(diǎn)
  數(shù)字量輸出	寫	功能5：寫單個(gè)輸出點(diǎn)
  		功能15：寫多個(gè)輸出點(diǎn)
  10001~19999	讀	功能2：讀輸入點(diǎn)
  數(shù)字量輸入
  30001~39999	讀	功能4：讀輸入寄存器
  輸入寄存器
  40001~49999	讀	功能3：讀保持寄存器
  保持寄存器	寫	功能6：寫單個(gè)寄存器
  		功能16：寫多個(gè)寄存器

  表2需要從站支持的功能

4.1.2 S7-200 Modbus主站編程
編程時(shí)，使用SM0.0調(diào)用MBUS_CTRL完成主站的參數(shù)初始化，詳細(xì)見下表，參數(shù)的說明也可以從子程序的局部變量表中找到。

圖5 Modbus RTU 主站初始化

圖中各參數(shù)含義如下

表3

調(diào)用 Modbus RTU 主站讀寫子程序MBUS_MSG，發(fā)送一個(gè)Modbus 請(qǐng)求。

圖6 調(diào)用Modbus RTU 主站讀寫子程序

圖中各參數(shù)含義如下

表4

從上圖中可見，S7-200作為Modbus RTU主站，波特率9.6Kb/s，偶校驗(yàn)，連接從站的站地址是3，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)為VB2000開始的區(qū)域。

4.2 CP341 做Modbus 從站的硬件組態(tài)

4.2.1 硬件組態(tài)

圖7 S7-300側(cè)硬件組態(tài)

4.2.2 設(shè)置Modbus參數(shù)

圖8 消息楨字符結(jié)構(gòu)

按照上述操作設(shè)置參數(shù)，從上圖可以看出，本例中的傳輸波特率9.6Kb/s，1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，偶校驗(yàn)位，1位停止位，從站站地址是3，主從通訊設(shè)備的字符幀格式和波特率等參數(shù)設(shè)置需要一致。

圖9 RS422/485 接口組態(tài)

RS422/485接口只能一個(gè)有效，接口的選擇只需要組態(tài)而不需要在硬件上短接。

4.2.3 Modbus驅(qū)動(dòng)的下載
當(dāng)配置好Modbus通信的參數(shù)后，保存前需要向CP341下載Modbus Slave的驅(qū)動(dòng)，一旦下載完成后無(wú)需再次下載。
需要注意的是，在下載驅(qū)動(dòng)時(shí)（可以在無(wú)Dongle情況下下載），需要將CPU停機(jī)，然后下載，操作過程如下所示。

圖10 下載Dongle時(shí)，需要CPU停機(jī)

圖11 從站驅(qū)動(dòng)下載后結(jié)果

4.2.4 CP341做Modbus從站的編程
從Step7 軟件下的EXAMPLE目錄中，找到項(xiàng)目名“zXX21_05_PtP_Com_MODSL”的項(xiàng)目，打開，然后將Modbus通訊模塊FB80傳遞到用戶項(xiàng)目中，打開路徑如下所示。

圖12 Modbus Slave 例程打開路徑

OB1中調(diào)用FB80編程如下：

圖13 FB80程序塊調(diào)用

CP卡初始化正常后，CP_START，CP_START_FM和CP_START_OK為1信號(hào)，否則CP_START_ERROR為1，同時(shí)可以從ERROR_NR察看錯(cuò)誤信息，也可以在硬件組態(tài)中在線后的CP341的診斷緩沖區(qū)察看詳細(xì)的錯(cuò)誤信息，錯(cuò)誤信息對(duì)照和處理方式可以參考
《S7-300以用于PtP CP Modbus 協(xié)議RTU格式S7的可裝載驅(qū)動(dòng)程序?yàn)閺恼尽返氖謨?cè)。

FB80的各參數(shù)含義如下

表5

5. 通訊測(cè)試
Modbus RTU格式通信協(xié)議是以主從的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，在傳輸?shù)倪^程中主站是主動(dòng)方，即主站發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求報(bào)文到從站，從站返回響應(yīng)報(bào)文。Modbus 系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換是通過功能碼來(lái)控制的，以下對(duì)現(xiàn)場(chǎng)常用的功能碼進(jìn)行分類測(cè)試，關(guān)于功能碼的詳細(xì)信息請(qǐng)參考手冊(cè)。

5.1 FC01/05/15功能碼
CP341從站的通訊區(qū)域配置

圖14 FC01/05/15 參數(shù)組態(tài)界面

FC01、FC05、FC15對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)為位輸出，數(shù)據(jù)的傳遞以位為單位，可以讀寫操作，用戶地址區(qū)為0xxxx，Modbus地址在信息傳遞中從0開始。如上圖，左邊為信息傳遞地址（地址區(qū)不能沖突），右邊對(duì)應(yīng)的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū)。例如左邊信息傳遞地址從0 ~ 7對(duì)應(yīng)用戶地址區(qū)為00001 ~ 00008，對(duì)應(yīng)S7-300的M10.0 ~ M10.7，并且以此為例說明FC01功能碼的通訊。
S7-200主站程序調(diào)用

圖15 功能碼FC01使用

S7-200主站，用功能碼FC01讀取從站8點(diǎn)數(shù)字量輸出，接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域，測(cè)試截圖結(jié)果如下。

圖16 FC01功能碼數(shù)據(jù)交換

5.2 FC02功能碼
CP341從站的通訊區(qū)域配置

圖17 FC02 參數(shù)組態(tài)界面

FC02對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)為位輸出，數(shù)據(jù)的傳遞以位為單位，只讀操作，用戶地址區(qū)為1xxxx，Modbus地址在信息傳遞中從0開始，如上圖，左邊為信息傳遞地址（地址區(qū)不能沖突），右邊對(duì)應(yīng)的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū)。例如左邊信息傳遞地址從0 ~ 7對(duì)應(yīng)用戶地址區(qū)為10001 ~ 10008，對(duì)應(yīng)S7-300的M20.0 ~ M20.7，并且以此為例說明FC02功能碼的通訊。
S7-200主站程序調(diào)用

圖18 功能碼FC02使用

S7-200主站，用功能碼FC02讀取從站8點(diǎn)數(shù)字量輸入，接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域，測(cè)試截圖結(jié)果如下。

圖19 FC02功能碼數(shù)據(jù)交換

5.3 FC03/06/16 功能碼
CP341從站的通訊區(qū)域配置

圖20 FC03/06/16參數(shù)組態(tài)界面

FC03/06/16 對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)為寄存器，數(shù)據(jù)的傳遞以字為單位，可以讀寫操作，用戶地址區(qū)為4xxxx，Modbus地址在信息傳遞中從0開始。如上圖，左邊為信息傳遞地址，右邊對(duì)應(yīng)的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū)，左邊傳輸?shù)刂凡豢筛?，右邊只?duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)。例如用戶地址
區(qū)為40001 ~ 40004，對(duì)應(yīng)S7-300數(shù)據(jù)區(qū)為DB1.DBW0 ~ DB1.DBW6，并且以此為例說明
FC03功能碼的通訊。
S7-200主站程序調(diào)用

圖21功能碼FC03使用

S7-200主站，用功能碼FC03讀取從站4個(gè)字寄存器，接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域，測(cè)試截圖結(jié)果如下。

圖22 FC03功能碼數(shù)據(jù)交換

5.4 FC04 功能碼
CP341從站的通訊區(qū)域配置

圖23 FC04參數(shù)組態(tài)界面

FC04對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)為寄存器輸入，數(shù)據(jù)的傳遞也以字為單位，只讀操作，用戶地址區(qū)3xxxx，Modbus地址在信息傳送中從0開始。如上圖，左邊為信息傳遞地址，右邊對(duì)應(yīng)的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū)，左邊傳輸?shù)刂凡豢筛?，右邊只?duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)。例如用戶地址區(qū)為30001 ~ 30004，對(duì)應(yīng)S7-300數(shù)據(jù)區(qū)為DB1.DBW0 ~ DB1.DBW6，并且以此為例說明FC04功能碼的通訊。
S7-200主站程序調(diào)用

圖24功能碼FC04使用

S7-200主站，用功能碼FC04讀取從站4個(gè)字輸入寄存器，接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域，測(cè)試截圖結(jié)果如下。

圖25 FC04功能碼數(shù)據(jù)交換

5.5 Limits 欄

圖26 Limits 參數(shù)組態(tài)界面

對(duì)于寫功能碼FC05、06、15、16，可以禁用或限制訪問相關(guān)S7-300存儲(chǔ)區(qū)，即使用這些功能碼時(shí)，S7-300存儲(chǔ)區(qū)需要在設(shè)定的最小和最大的范圍之間，如果訪問的區(qū)域超出這個(gè)范圍，則訪問會(huì)被拒絕，同時(shí)輸出報(bào)錯(cuò)誤信息。

6. 總結(jié)
本文檔以S7-200為主站和CP341為從站簡(jiǎn)單介紹了Modbus RTU通訊，關(guān)于通訊的組態(tài)設(shè)置，編程以及常用功能碼的使用，其具體的使用可以作為西門子串行通訊模塊與第三方的儀表、設(shè)備等進(jìn)行串行通信的參考。