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是專業(yè)從事工業(yè)自動化產品銷售和系統(tǒng)集成的高新技術企業(yè)。在西門子工控領域，公司以精益求精的經營理念，從產品、方案到服務，致力于塑造一個“行業(yè)專家”品牌，以實現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展。
STEP 7 V13 SP1 軟件版本中的Modbus TCP庫指令目前最新的版本已升至V4.0，該版本的使用需要具備以下兩個條件：
1. 軟件版本： STEP 7 V13 SP1及其以上
2. 固件版本： S7-1200 CPU 的固件版本V4.1
圖1. Modbus TCP V4.0 版本指令塊
下面以兩臺S7-1200之間進行Modbus TCP 通信為例，詳細闡述客戶端與服務器側如何編程及通信的過程。表格列出了具體的實驗環(huán)境：
| 操作系統(tǒng) |
WIN7 SP1 專業(yè)版 64位 |
|
編程軟件 |
STEP 7 Professional V13 SP1 Update 5 |
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系統(tǒng)硬件 |
1.CPU1215C 6ES7 215-1AG40-0XB0 V4.1
2.CPU1212C 6ES7 212-1AE40-0XB0 V4.1
3.CSM 1277 6GK7 277-1aa10-0aa0
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表1. Modbus TCP 通信的實驗環(huán)境
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CPU類型
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IP地址
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端口號
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硬件標識符
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客戶端
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CPU 1212C
|
192.168.0.6
|
0
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64
|
|
服務器
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CPU 1215C
|
192.168.0.4
|
502
|
64
|
表2. Modbus TCP 通信雙方的基本配置
硬件標識符是在“設備組態(tài)”中，雙擊 PROFINET 接口，然后在“屬性”中的“硬件標識符”中查看。
圖2. S7-1200設備的PROFINET接口硬件標識符
“MB_SERVER”指令將處理 Modbus TCP 客戶端的連接請求、接收并處理 Modbus 請求并發(fā)送響應。
1. 在“ 程序塊-> OB 1"中調用“MB_SERVER”指令塊，然后會生成相應的背景DB塊，點擊確定，如圖3所示。
圖3. 調用MB_SERVER指令塊
該功能塊的各個引腳定義如下：
| DISCONNET |
為0代表被動建立與客戶端的通信連接；為1代表終止連接。 |
| MB_HOLD_REG | 指向 Modbus 保持寄存器的指針。 |
| CONNECT | 指向連接描述結構的指針。TCON_IP_v4（S7-1200） |
| NDR | 為0代表無數(shù)據；為1代表從 Modbus 客戶端寫入新的數(shù)據。 |
| DR | 為0代表無讀取的數(shù)據；為1代表從 Modbus 客戶端讀取的數(shù)據 |
| ERROR | 錯誤位：0：無錯誤；1：出現(xiàn)錯誤，錯誤原因查看STATUS。 |
| STATUS | 指令的詳細狀態(tài)信息。 |
表3. MB_SERVER 各個引腳定義說明
2. CONNECT 引腳的指針類型
第一步，先創(chuàng)建一個新的全局數(shù)據塊 DB2，如圖4所示：
圖4. 創(chuàng)建全局數(shù)據塊
第二步，雙擊打開新生成的 DB2 數(shù)據塊，定義變量名稱為“ss"，數(shù)據類型為“TCON_IP_v4”（可以將 TCON_IP_v4 拷貝到該對話框中），然后點擊“回車”按鍵。該數(shù)據類型結構創(chuàng)建完畢。如圖5所示：
圖5. 創(chuàng)建 MB_SERVER 中的 TCP 連接結構的數(shù)據類型
各個引腳定義說明如下：
| InterfaceId | 硬件標識符。（設備組態(tài)中查詢） |
| ID |
連接ID，取值范圍1~4095 |
| Connection Type | 連接類型。TCP連接默認為：16#0B |
| ActiveEstablished | 建立連接。主動為1（客戶端），被動為0（服務器）。 |
| ADDR | 服務器側的IP地址 |
| RemotePort | 遠程端口號 |
| LocalPort | 本地端口號 |
表4. TCON_IP_v4 數(shù)據結構的引腳定義
客戶端側的IP地址為192.168.0.6，端口號為0，所以 MB_SERVER 服務器側該數(shù)據結構的各項值如圖6所示。
圖6. MB_SERVER 服務器側的 CONNECT 數(shù)據結構定義
3. S7-1200 服務器側 MB_SERVER 編程
調用MB_SERVER指令塊，實現(xiàn)被客戶端讀取2個保持寄存器的值，如圖7所示。
圖7. MB_SERVER 服務器側編程
注意：MB_HOLD_REG 指定的數(shù)據緩沖區(qū)可以設為 DB 塊或 M 存儲區(qū)地址。DB 塊可以為優(yōu)化的數(shù)據塊，也可以為標準的數(shù)據塊結構。
S7-1200 MODBUS TCP 服務器側準備數(shù)據，用于客戶端讀訪問，如圖8所示。
圖8. 服務器側監(jiān)控表
S7-1200 MODBUS TCP 客戶端側，給 MB_CLIENT 指令塊中 REQ 引腳一個上升沿，監(jiān)控數(shù)據讀取成功。如圖9所示。
圖9. 客戶端側監(jiān)控表
Modbus TCP是標準的網絡通信協(xié)議，通過CPU上PN接口進行TCP/IP通信，不需要額外的通信硬件模塊，Modbus TCP使用開放式用戶通信連接作為Modbus通信路徑，所支持的混合客戶機和服務器連接數(shù)最大為CPU所允許的最大開放式用戶通信連接數(shù)8個。
軟件 STEP7 V11 SP1版本開始，S7-1200CPU 從Firmware V1.0.2開始，不再需要安裝Modbus TCP的庫文件，可以直接調用Modbus TCP的庫指令“MB_CLIENT”和“MB_SERVER”使用實現(xiàn)Modbus TCP通信功能，如圖1.所示。
圖1. Modbus TCP的庫指令
MB_CLIENT 進行客戶機和服務器TCP連接、發(fā)送命令消息、接收響應以及控制服務器的斷開。
1.調用MB_CLIENT通信指令，進入 “Program blocks” > “OB1” 主程序中，調用MODBUS TCP客戶機指令，如圖2.所示。
圖2. MB_CLIENT通信指令
功能塊參數(shù)意義如下表1.：
| 管腳 | 說明 |
| REQ | 使能： False-無Modbus通訊請求，True-請求與服務器通訊，Done完成位來后才可以執(zhí)行下次請求，建議采用上升沿觸發(fā)請求； |
| DISCONNECT | 控制與服務器建立和終止連接：0-建立與指定IP地址和端口號的通訊連接，默認為0；1-斷開通訊連接，在終止連接的過程中，不執(zhí)行任何其他功能； |
| CONNECT_ID | 連接的ID號：每個連接只有一個唯一的ID號； |
| IP_OCTET_1~4 | 服務器的IP地址： 如圖2.中通訊對方的IP地址是192.168.0.210； |
| IP_PORT | 服務器上使用TCP/IP協(xié)議與客戶端建立通訊的IP端口號，默認值：502； |
| MB_MODE | 選擇請求模式（讀取、寫入或診斷），具體對照參照表1.； |
| MB_DATA_ADDR | 訪問數(shù)據的起始地址； |
| MB_DATA_LEN | 數(shù)據長度：數(shù)據訪問的位數(shù)或字數(shù)； |
| MB_DATA_PRT | 指向Modbus數(shù)據寄存器的指針：用于緩存從Modbus服務器接收的數(shù)據或將發(fā)送到Modbus服務器數(shù)據的緩沖區(qū)，可以是DB塊或M區(qū)，如果是DB塊則需要定義為“標準與S7- 300/400兼容”的類型，見下圖3； |
| DONE | 完成位：作業(yè)完成，無錯誤，該位置1； |
| BUSY | 作業(yè)狀態(tài)位：0-當前沒有正在處理的“MB_CLIENT”作業(yè)；1-“MB_CLIENT”作業(yè)正在處理； |
| ERROR | 錯誤位：0-無錯誤；1-出現(xiàn)錯誤，錯誤原因查看STATUS； |
| STATUS | 錯誤代碼； |
表1. 功能塊參數(shù)意義
2.MB_DATA_PTR數(shù)據塊的新建
通過“Program blocks”>“Add new block”，選擇“Data block”創(chuàng)建 DB 塊，選擇“標準與S7- 300/400兼容” ，點擊“OK”鍵，定義數(shù)據區(qū)為100個字的數(shù)組，如圖3.所示。
圖3. 創(chuàng)建MB_DATA_PTR數(shù)據塊
3. MB_MODE、MB_DATA_ADDR和功能碼的關系
MB_CLIENT指令中，MB_MODE、MB_DATA_ADDR和MB_DATA_LEN三個參數(shù)組合定義了當前Modbus消息中所用的功能代碼，如表2.。
| Modbus 功能 | MB_MODE | MB_DATA_ADDR | 操作和數(shù)據類型 | 數(shù)據長度 |
| FC01 | 0 | 00001~09999 | 讀取輸出位 每個請求1~2000個位 | 1~2000 |
| FC02 | 0 | 10001~19999 | 讀取輸入位 每個請求1~2000個位 | 1~2000 |
| FC03 | 0 | 40001~49999 或 400001~465535 | 讀取保持寄存器 每個請求1~125個字 | 1~125 |
| FC04 | 0 | 30001~39999 | 讀取輸入字 每個請求1~125個字 | 1~125 |
| FC05 | 1 | 00001~09999 | 寫一個輸出位 每個請求1個位 | 1 |
| FC06 | 1 | 40001~49999 或 400001~465535 | 寫一個保持寄存器 每個請求1個字 | 1 |
| FC15 | 1 | 00001~09999 | 寫多個輸出位 每個請求2~1968個位 | 2~1968 |
| FC16 | 1 | 40001~49999 或 400001~465535 | 寫多個保持寄存器 每個請求2~123個字 | 2~123 |
| FC15 | 2 | 00001~09999 | 寫一個或多個輸出位 每個請求1~1968個位 | 1~1968 |
| FC16 | 2 | 40001~49999 或 400001~465535 | 寫一個或多個保持寄存器 每個請求1~123個字 | 1~123 |
| FC11 | 11 | 讀取服務器通信狀態(tài)字和事件計數(shù)器：狀態(tài)字反映處理狀態(tài)（0-未處理；0XFFFF-處理中）；每次成功發(fā)送一條消息后，事件計數(shù)器都將遞增。執(zhí)行功能時，MB_CLIENT指令的MB_DATA_ADDR和MB_DATA_LEN參數(shù)都將被忽略。 | 0 | |
| FC08 | 80 | 通過數(shù)據診斷代碼0X0000檢查服務器狀態(tài) 每次請求1個字 | 1 | |
| FC08 | 81 | 通過數(shù)據診斷代碼0X000A重新設置服務器事件計數(shù)器 每次請求1個字 | 1 | |
| 3~10、12~79、82~255 | 保留 |
表2. MB_MODE、MB_DATA_ADDR和功能碼的關系
如上例中S7-1200作客戶機，用FC03功能碼讀取服務器的兩個字，起始從Modbus地址40001開始，接收的數(shù)據存放在緩沖區(qū)DB3.DBX0.0開始區(qū)域，設置如上：MB_MODE=0，MB_DATA_ADDR=40001，MB_DATA_LEN=2，對應關系為：40001->DB3.DBW0 ，40002->DB3.DBW2。
4.服務器端Modbus Slave 軟件設置
注意：服務器采用Modbus Slave軟件測試，該軟件是第三方軟件，可以從 internet 網絡上下載。
首先將測試電腦的IP地址設置成192.168.0.210，如圖4.所示，打開Modbus Slave 軟件，在Modbus Slave的“Set up->Slave Definition”中設置功能碼、起始地址、長度等，如圖5.所示。
圖4. 電腦的IP地址設置
圖5. 服務器端Modbus Slave軟件設置
創(chuàng)建Modbus TCP/IP連接，在“Connection->connect...”中打開連接屬性對話框，選擇“Modbus TCP/IP” ，TCP/IP Server Port本地服務器端口為502，并可以勾選“Ignore Unit ID”選項，如圖6.所示。
圖6. 連接屬性
注意：圖5.中的Slave ID 是服務器的站地址，和客戶機中“MB_CLIENT” 中的“CONNECT_ID” 不是一個概念，實際上與客戶機中“MB_CLIENT”的背景數(shù)據塊中的STAT變量“MB_UNIT_ID”需要一致，在1200中該地址默認為16#00FF，如圖7 所示，可以在變量表中修改與實際服務器站地址一致。如果在圖6中勾選“Ignore Unit ID”,則不需要考慮一致情況，如果不勾選，則需要修改一致。
圖7. 客戶機中“MB_CLIENT”的背景數(shù)據塊中的STAT變量“MB_UNIT_ID”
5.通訊測試
S7-1200作客戶機，用FC03功能碼讀取服務器的兩個字，設置客戶機和服務器的功能、起始地址、端口等參數(shù)相對應，具體設置如上，設置M5.0和M0.0為1，觸發(fā)請求，如圖8.所示。
圖8. S7-1200作客戶機，用FC03功能碼讀取服務器的兩個字
通訊結果如圖9.所示，從服務器讀到數(shù)據20，30到客戶機的DB3.DBW0和DB3.DBW2區(qū)域。
圖9. 通訊結果
6.MB_CLIENT 參數(shù) STATUS 錯誤代碼查詢參考下面兩個列表3.和表4.。
| STATUS(W#16#) | 響應Modbus客戶機的代碼（B#16#） | 錯誤說明 |
| 8381 | 01 | 不支持功能代碼 |
| 8382 | 03 | 數(shù)據長度錯誤 |
| 8383 | 02 | 數(shù)據地址錯誤或訪問的數(shù)據超出MB_DATA_PRT的地址區(qū) |
| 8384 | 03 | 數(shù)據值錯誤 |
| 8385 | 03 | 不支持診斷錯誤代碼（功能代碼08） |
表3. 協(xié)議錯誤代碼
| STATUS(W#16#) | 錯誤說明 |
| 7001 | MB_CLIENT 正在等待Modbus服務器響應指定TCP端口處的連接或斷開連接請求，僅在第一次執(zhí)行連接或斷開操作時才報告此代碼 |
| 7002 | MB_CLIENT 正在等待Modbus服務器響應指定TCP端口處的連接或斷開連接請求，等待連接或斷開操作完成時，將針對任何后續(xù)執(zhí)行報告此代碼 |
| 7003 | 斷開操作已成功完成（僅在一個PLC掃描周期內有效） |
| 80C8 | 服務器在指定的時間內無響應，請檢查與Modbus服務器設備的連接，嘗試過任何組態(tài)的重試操作后，才報告此錯誤 |
| 8188 | 參數(shù)MB_MODE的值無效 |
| 8189 | 參數(shù)MB_DATA_ADDR的值無效 |
| 818A | 參數(shù)MB_DATA_LEN的長度無效 |
| 818B | 參數(shù)MB_DATA_PTR中的指針無效 |
| 818C | 參數(shù)MB_DATA_PTR指向優(yōu)化的區(qū)域，必須為“標準與S7- 300/400兼容”的DB或M區(qū) |
| 8200 | 端口正在處理另一個Modbus請求 |
| 8380 | 接收到的Modbus楨有缺陷或接收到的字節(jié)太少 |
| 8387 | 指定的連接ID與用于先前請求的ID不同，只能有一個單個連接ID與每個MB_CLIENT背景數(shù)據塊配合使用 |
| 8388 | Modbus服務器返回一些和請求內容不同的數(shù)據，這只適合Modbus功能15或16 |
表4. 參數(shù)錯誤代碼
除了上面列出的MB_CLIENT錯誤外，也可以從底層傳輸通信指令（TCON、TDISCON、TSEND和T
