上海朕锌电气设备有限公司
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| 产地 | 进口 | 加工定制 | 否 |
|---|
西门子SB AQ01模块
6ES7288-5AQ01-0AA0
SIMATIC S7-200SMART, ANALOG OUTPUT SB AQ01, 1 AO, +/- 10VDC （12 BIT RES.） OR 0 - 20 MA （11 BIT RES）
西门子SB AQ01模块
SIEMENS西门子上海朕锌电气设备有限公司
：钟涛
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概述
在现场应用中，很多仪表和设备仅支持Modbus RTU的通讯协议，第三方仪表可以做Modbus主站或从站，西门子的通讯模块CP341 / CP441-2 通过Dongle（硬件狗）可以扩展该协议，S7-200 集成的口可以支持自由口通讯，通过指令库也可以方便的实现Modbus RTU通讯。本文以S7-200作为Modbus 主站，CP341作为Modbus 从站，实现Modbus RTU通讯，阐述两者在通讯方面的设置和注意事项。
2. 软件环境
2.1 STEP7 V5.4 SP4
用于编写 S7-300/400程序，此软件需要从西门子购买，本文档中的300的程序是使用Step7 V5.4 SP4的软件编写。
2.2 CP PTP Param V5.1 SP11
串行通讯模板的驱动程序，安装此驱动后才能对PtP模板进行参数配置，并在Step7中集成通讯编程需要使用的功能块。此驱动随购买模板一起提供，也可以从以下的链接：27013524
2.3 CP PTP Modbus Slave V3.1 SP7
CP341或CP441-2用于Modbus从站时，需要安装此驱动协议，但安装之前必须先安装PtP Driver，此驱动可以在购买Modbus Dongle时选择购买，也可以从以下的链接：27774276
2.4 STEP7 Micro/WIN V4.0 SP6
用于S7-200编程的软件，本文档中的200的程序是使用Step7 Micro/win 的软件编写。此软件可以从西门子中心免费，也可以从以下的链接。
http://www.ad.siemens.com.cn/download 自动化系统>>S7-200>>软件，文档编号S0002。
2.5 Toolbox_V32-STEP 7-Micro WIN 32 Instruction Library
S7-200实现Modbus RTU功能，可以使用Modbus的指令库，要使用西门子的标准指令库，必须先安装指令库的软件包 Instruction Library，安装后，可以在Step 7-Micro/WIN软件的库中找到Modbus相关的指令，该软件包可以从以下的链接。http://www.ad.siemens.com.cn/download 自动化系统>>S7-200>>软件，文档编号S0010。
3. 硬件列表和接线
3.1 硬件列表
| S7-300从站 | CPU315-2DP | 6ES7 315-2AG10-0AB0 |
| CP341 RS422/485 | 6ES7 341-1CH01-0AE0 | |
| Dongle | 6ES7 870-1AB01-0YA0 | |
| PC 适配器（USB） | 6ES7 972-0CB20-0XA0 | |
| S7-200主站 | CPU 224XP | 6ES7 214-2BD23-0XB0 |
表1 硬件设备
3.2 硬件接线
3.2.1 接口定义
S7-200的通讯口为RS485物理口（9针口），CP341是RS422/485的接口类型（15针口），两种设备的接口引脚的示意图如下所示，更详细的信息可以参考CP341及S7-200通信接口的手册。
图1 S7-200 CPU通信口引脚定义
图2 S7-300 CP341 RS422/485 通讯口引脚定义
3.2.2 接线示意图
图3 硬件结构和接线示意图
4. 组态设置和编程
4.1 S7-200做Modbus主站的设置
S7-200 CPU上的通信口在电气上是标准的RS-485半双工串行通信口，此串行字符通信的格式：1个起始位；7/8位数据位；1位奇/偶/无校验；1停止位。通信波特率可以设置为1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或112500，符合这些格式的串行通讯设备可以和S7-200进行自由口通讯，Modbus RTU指令库就是使用自由口编程实现的。
4.1.1 Modbus RTU主站库
使用Modbus 主站指令库时需要注意的几点：
图4 库存储区设置
| Modbus 地址 | 读 / 写 | Modbus 从站须支持的功能 |
| 00001~09999 | 读 | 功能1：读输出点 |
| 数字量输出 | 写 | 功能5：写单个输出点 |
| 功能15：写多个输出点 | ||
| 10001~19999 | 读 | 功能2：读输入点 |
| 数字量输入 | ||
| 30001~39999 | 读 | 功能4：读输入寄存器 |
| 输入寄存器 | ||
| 40001~49999 | 读 | 功能3：读保持寄存器 |
| 保持寄存器 | 写 | 功能6：写单个寄存器 |
| 功能16：写多个寄存器 |
表2需要从站支持的功能
4.1.2 S7-200 Modbus主站编程
编程时，使用SM0.0调用MBUS_CTRL完成主站的参数初始化，详细见下表，参数的说明也可以从子程序的局部变量表中找到。
图5 Modbus RTU 主站初始化
图中各参数含义如下
| 编号 | 符号/含义 | 说 明 |
| a | EN / 使能 | 必须保证每一扫描周期都被使能（使用SM0.0）。 |
| b | Mode / 模式 | 为1时使能为Modbus协议；为0时恢复为PPI协议。 |
| c | Baud / 波特率 | 支持的通讯波特率为1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200。 |
| d | Parity / 校验 | 校验方式选择：0＝无校验；1＝奇校验，2＝偶校验。 |
| e | Timeout / 超时 | 主站等待从站响应的时间，以毫秒为单位，典型的设置值为 1000毫秒，允许设置的范围为1-32767。这个值必须设置足够大以保证从站有时间响应。 |
| f | Done / 完成位 | 初始化完成，此位会自动置1。 |
| g | Error / 错误位 | 初始化错误代码。 |
表3
调用 Modbus R西门子SB AQ01模块TU 主站读写子程序MBUS_MSG，发送一个Modbus 请求。
图6 调用Modbus RTU 主站读写子程序
图中各参数含义如下
| 编号 | 符号/含义 | 说 明 |
| a | EN / 使能 | 同一时刻只能有一个读写功能使能。 |
| b | First / 读写请求位 | 每一个新的读写请求必须使用脉冲触发。 |
| c | Slave / 从站地址 | 可选择的范围1–247。 |
| d | RW / 读写操作位 | 0＝读， 1＝写。 |
| e | Addr / 读写从站的数据地址 | 选择读写的数据类型： |
| 00001 至 0xxxx - 开关量输出 | ||
| 10001 至 1xxxx - 开关量输入 | ||
| 30001 至 3xxxx - 模拟量输入 | ||
| 40001 至 4xxxx - 保持寄存器。 | ||
| f | Count / 数据的个数 | 通讯的数据个数（位或字的个数）。 |
| g | DaptPtr / 数据指针 | 如果是读指令，读回的数据放到这个数据区中； |
| 如果是写指令，要写出的数据放到这个数据区中。 | ||
| h | Done / 完成位 | 读写功能完成位。 |
| i | Error / 错误代码 | 只有在Done位为1时，错误代码才有效。 |
表4
从上图中可见，S7-200作为Modbus RTU主站，波特率9.6Kb/s，偶校验，连接从站的站地址是3，数据存储区为VB2000开始的区域。
4.2 CP341 做Modbus 从站的硬件组态
4.2.1 硬件组态
图7 S7-300侧硬件组态
4.2.2 设置Modbus参数
图8 消息桢字符结构
按照上述操作设置参数，从上图可以看出，本例中的传输波特率9.6Kb/s，1位起始位，8位数据位，偶校验位，1位停止位，从站站地址是3，主从通讯设备的字符帧格式和波特率等参数设置需要*。
图9 RS422/485 接口组态
RS422/485接口只能一个有效，接口的选择只需要组态而不需要在硬件上短接。
4.2.3 Modbus驱动的
当配置好Modbus通信的参数后，保存前需要向CP341odbus Slave的驱动，一旦完成后无需再次。
需要注意的是，在驱动时（可以在无Dongle情况下），需要将CPU停机，然后下载，操作过程如下所示。
图10 Dongle时，需要CPU停机
图11 从站驱动后结果
4.2.4 CP341做Modbus从站的编程
从Step7 软件下的EXAMPLE目录中，找到项目名“zXX21_05_PtP_Com_MODSL”的项目，打开，然后将Modbus通讯模块FB80传递到用户项目中，打开路径如下所示。
图12 Modbus Slave 例程打开路径
OB1中调用FB80编程如下：
图13 FB80程序块调用
CP卡初始化正常后，CP_START，CP_START_FM和CP_START_OK为1信号，否则CP_START_ERROR为1，同时可以从ERROR_NR察看错误信息，也可以在硬件组态中在线后的CP341的诊断缓冲区察看详细的错误信息，错误信息对照和处理方式可以参考
《S7-300以用于PtP CP Modbus 协议RTU格式S7的可装载驱动程序为从站》的手册。
FB80的各参数含义如下
| LADDR | 硬件组态中CP341的起始逻辑地址，本例中为256 |
| START_TIMER | 初始化超时定时器，本例中为T120 |
| START_TIME | 初始化定时器时间，本例中为5S |
| OB_MASK | I/O访问错误屏蔽位，本例中为True（I/O访问错误已屏蔽） |
| CP_START | FB初始化使能位，本例中为M0.0 |
| CP_START_FM | CP_START 初始化的上升沿位，本例中为M0.1 |
| CP_NDR | 从CP卡写操作位，本例中为m0.2 |
| CP_START_OK | 初始化完成且无错误，本例中为M0.3 |
| CP_START_ERROR | 初始化完成，但有错误，本例中为M0.4 |
| ERROR_NR | 错误号，本例中为MW2 |
| ERROR_INFO | 错误信息，本例中为MW4 |
表5
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