基于S7-300400 CPU集成PN接口的Modbus TCP-W

机器人技术 通讯技术
机器人及PCL自动化应用    2021-01-25    194

  基于S7-300400 CPU集成PN接口的Modbus TCP在TIA Portal的使用入门.

  Modbus TCP通讯概述

  MODBUS TCP是简单的、中立厂商的用于管理和控制自动化设备的MODBUS系列通讯协议的派生产品,显而易见,它覆盖了使用TCP/IP协议的“Intranet”和“Internet”环境中MODBUS报文的用途。协议的最通用用途是为诸如PLC以及连接其它简单域总线或I/O 模块的网关服务的。

  MODBUS TCP 使MODBUS_RTU协议运行于以太网,MODBUS TCP使用TCP/IP和以太网在站点间传送MODBUS报文,MODBUS TCP结合了以太网物理网络和网络标准TCP/IP以及以MODBUS作为应用协议标准的数据表示方法。MODBUS TCP通信报文被封装于以太网TCP/IP数据包中。与传统的串口方式,MODBUS TCP插入一个标准的MODBUS报文到TCP报文中,不再带有数据校验和地址。

  通讯所使用的以太网参考模型

  Modbus TCP传输过程中使用了TCP/IP以太网参考模型的5层:

  第一层:物理层,提供设备物理接口,与市售介质/网络适配器相兼容。

  第二层:数据链路层,格式化信号到源/目硬件址数据帧。

  第三层:网络层,实现带有32位IP 地址报文包。

  第四层:传输层,实现可靠性连接、传输、查错、重发、端口服务、传输调度。

  第五层:应用层,Modbus协议报文。

  Modbus TCP数据帧

  Modbus数据在TCP/IP以太网上传输,支持Ethernet II和802.3两种帧格式,Modbus TCP数据帧包含报文头、功能代码和数据3部分,MBAP报文头(Modbus Application Protocol)分4个域,共7个字.

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  Modbus TCP使用的端口号

  (1) PLC作为Modbus服务器时,按缺省协议使用Port 502 通信端口,在Modus客户端程序中设置任意通信端口,

  (2) PLC作为Modbus客户端时,无须设置本机端口号;如要指定客户端端口号,为避免与其他通讯协议的冲突一般建议2000开始可以使用。

  S7-300/400集成PN口Modbus TCP通讯概述

  本文适用于带有集成 PN 接口的 SIMATIC S7-300、S7-400 CPU 和 IM 151-8 PN/DP CPU 的软件产品。相关指令允许在带有集成 PN 接口的 SIMATIC CPU 和支持 Modbus TCP 协议的设备之间进行通信。

  根据客户端——服务器原理进行数据传输。传输过程中,可以将 SIMATIC S7 用作客户端,也可以用作服务器。

  从TIA Portal V14 SP1开始软件中增加了Modbus TCP V2.0版本的指令,可用于SIMATIC S7-300、S7-400 CPU 和 IM 151-8 PN/DP CPU与支持ModbusTCP的通信伙伴进行通信.

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  配置 PN CPU作为Modbus TCP Server与通信伙

  伴建立通讯

  下面以S7-300单站系统及Modscan32软件为例,详细介绍如何将S7-300单站系统通过CPU集成PN口配置为Modbus TCP Server,Modscan32为Client进行Modbus TCP通讯。

  创建一个新项目:

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  然后选择“添加新设备”——>“控制器”,选择正确的CPU型号

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  在“设备视图”中,选择CPU以太网口,设置IP 地址.

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  编程

  (1)OB1调用Modbus TCP指令

  在项目的OB1组织块中调用Modbus TCP指令

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  部分管脚说明:

  id:连接ID 必须与参数DB中相关的id 参数相同。

  db_param:参数DB的编号,包含此modbus块实例的连接参数和modbus数据参数。CPU决定该参数的取值范围。DB 编号 0 为系统保留,不允许使用。

  以纯文本格式输入DB编号“DBxy”。

  REG_KEY_DB:具有可用于授权的注册表项的数据块。

  RECV_TIMEOUT:对从耦合伙伴接收数据进行监视。超出监视时间后,将发出错误信号并终止连接。最小值为 20 ms。

  在“S7 为服务器”模式下将 RECV_TIMEOUT 设置为 < 20 ms,则使用默认值 1.2 s。RECV_TIMEOUT 监视 TCP 流的运行系统。不考虑各个客户端请求之间的中断。

  CONN_TIMEOUT:监视调用建立或终止所用的时间。如果在组态的监视时间内无法成功建立或终止连接,则会在输出 STATUS 中显示相应的错误消息。最小值为 100 ms。

  在“S7 为服务器”操作模式下,如果将 CONN_TIMEOUT 设置为 < 100 ms,则会使用默认值 5 s。

  创建参数数据块:

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  以下为部分参数说明(其它参数信息请查看在线帮助):

  id:每个PN CPU与通信伙伴之间的连接都需要一个连接ID。如果有多个通信伙伴,则每个逻辑连接会使用不同的连接ID。该连接ID 在参数数据块中包含的“连接参数块”中组态。连接ID 唯一地描述CPU与链接伙伴之间的连接,取值范围为1到4095。必须在此处输入参数块中的连接ID;该ID 在整个CPU中必须唯一。

  connection_type:建立连接的连接类型通过 TCON 指令定义。CPU 决定必须要设置的值。

  TCP(兼容模式):B#16#01,针对 CPU 315 或 317 <= FW V2.3 。

  TCP:B#16#11,针对 CPU 315 或 317 >= FW V2.4、IM 151-8 PN/DP CPU、CPU314C、CPU319、CPU412、CPU414 和 CPU416。该信息可能因固件不同而有所不同。

  active_est:该参数表示连接建立类型,主动或被动。Modbus 客户端负责建立主动连接而 Modbus 服务器负责建立被动连接。

  主动连接的建立:TRUE

  被动连接的建立:FALSE

  local_device_id:定义所用 PN CPU 的 IE 接口。根据不同的 PN CPU 类型,需要不同的设置。

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  rem_ staddr_len:指定 rem_staddr 参数的长度,该参数为通信伙伴的 IP 地址。如果要通过未指定的连接进行通信,则不为伙伴指定 IP 地址。

  未指定的连接:B#16#0

  指定的连接:B#16#4

  rem_tsap_id_len:参数 rem_tsap_id 的长度和远程通信伙伴的端口号。

  主动连接的建立:2

  被动连接建立:0

  rem_ staddr:在此字节数组中输入远程通信伙伴的 IP 地址。使用未指定的连接时,不输入 IP 地址。表示类型取决于 connection_type 参数。示例:IP 地址 192.168.0.1:

  rem_tsap_id:使用该参数设置remote端口号。表示类型会因 connection_type 参数不同而有所不同。CPU 决定值范围。

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  server_client:S7 是服务器=TRUE;S7 是客户端=FALSE。

  data_areas:S7 存储器中有八个可以用于映射 MODBUS 地址的数据区。必须至少定义第一个数据区,其余七个数据区可选择性定义。根据作业类型,将从数据区读取数据或向其中写入数据。

  任何作业都只能从一个 DB 读取数据或向一个 DB 写入数据。访问寄存器或位于多个 DB 中的位值时,即使编号连续无间隔,也将分为两个作业。组态时请务必注意。

  一个数据块中可以映射的 Modbus 区(寄存器或位值)数目比一个消息帧可以处理的数目多。

  data_type:指定该数据块中映射的 MODBUS 数据类型。如果在 data_type 中输入值 16#0,则不使用相应的区域。

  db:指定映射 MODBUS 寄存器或下面定义的位值的数据块。DB 编号 0 为系统保留,不允许使用。

  DB 编号:1 到 65535(W#16#0001 到 W#16#FFFF)。start / end:start 指定 DB 的数据字 0 中映射的第一个 Modbus 地址。end 参数定义最后一个 MODBUS 地址。

  对于寄存器访问,带有最后一个 Modbus 地址输入的 S7 DB 中的数据字编号如下计算:DBW 编号 = (end – start) * 2 .

  对于位访问,带有最后一个 Modbus 地址输入的 S7 DB 中的数据字节编号如下计算:DBB 编号 = (end – start + 7) / 8

  定义的数据区不得重叠。end 参数不得小于 start。如果发生错误,指令启动将中止并提示错误。如果两个值相同,则将分配一个 Modbus 地址(1 个寄存器或 1 个位值)。

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