Modbus RTU 主站指令库

西门子PLC在 Micro/WIN V4.0 SP5 中正式推出 Modbus RTU 主站协议库（西门子标准库指令）。

图 1. 西门子标准指令库（Micro/WIN V4.0 SP5）

 注意：

1. Modbus RTU 主站指令库的功能是通过在用户PLC程序中调用预先编好的程序功能块实现的，该库对 Port 0 和 Port 1 有效。

该指令库将设置通信口工作在自由口模式下。

2. Modbus RTU 主站指令库使用了一些用户中断功能，编其他程序时不能在用户程序中禁止中断。

3. Modbus RTU 主站库对CPU的版本有要求。CPU 的版本必须为 2.00 或者 2.01（即订货号为 6ES721*－***23-0BA*），

1.22版本之前（包括1.22版本）的 S7-200 CPU 不支持。

 

使用 Modbus RTU 主站指令库，可以读写 Modbus RTU 从站的数字量、plc模拟量 I/O 以及保持寄存器。

要使用 Modbus RTU 主站指令库，须遵循下列步骤：

1. 安装西门子标准指令库
    
2. 按照要求编写用户程序调用 Modubs RTU 主站指令库
    

 安装西门子标准指令库

Modbus RTU 主站功能编程

1. 调用 Modbus RTU 主站初始化和控制子程序
 

使用 SM0.0 调用 MBUS_CTRL 完成主站的初始化，并启动其功能控制：

用 SM0.0 调用 Modbus RTU 主站初始化与控制子程序

各参数意义如下:

2. 调用 Modbus RTU 主站读写子程序MBUS_MSG，发送一个Modbus 请求；

调用Modbus RTU 主站读写子程序

各参数意义如下:

a.	EN	使能：	同一时刻只能有一个读写功能（即 MBUS_MSG）使能
			注意：建议每一个读写功能（即 MBUS_MSG）都用上一个 MBUS_MSG 指令的 Done 完成位来激活，以保证所有读写指令循环进行（见例程）。
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	从站地址：	0 ＝ 读， 1 ＝ 写
			注意：
			1. 开关量输出和保持寄存器支持读和写功能
			2. 开关量输入和模拟量输入只支持读功能
e.	Addr	读写从站的	选择读写的数据类型
		数据地址：	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	数据个数	通讯的数据个数（位或字的个数）
			注意： Modbus主站可读/写的最大数据量为120个字（是指每一个 MBUS_MSG 指令）
g.	DataPtr	数据指针：	1. 如果是读指令，读回的数据放到这个数据区中
			2. 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
			0 ＝ 无错误
			1 ＝ 响应校验错误
			2 ＝ 未用
			3 ＝ 接收超时（从站无响应）
			4 ＝ 请求参数错误（slave address, Modbus address, count, RW）
			5 ＝ Modbus/自由口未使能
			6 ＝ Modbus正在忙于其它请求
			7 ＝ 响应错误（响应不是请求的操作）
			8 ＝ 响应CRC校验和错误
			-
			101 ＝ 从站不支持请求的功能
			102 ＝ 从站不支持数据地址
			103 ＝ 从站不支持此种数据类型
			104 ＝ 从站设备故障
			105 ＝ 从站接受了信息，但是响应被延迟
			106 ＝ 从站忙，拒绝了该信息
			107 ＝ 从站拒绝了信息
			108 ＝ 从站存储器奇偶错误

常见的错误：

• 如果多个 MBUS_MSG 指令同时使能会造成 6 号错误
   
• 从站 delay 参数设的时间过长会造成主站 3 号错误
   
• 从站掉电或不运行，网络故障都会造成主站 3 号错误
   

3. 在 CPU 的 V 数据区中为库指令分配存储区（Library Memory）
 

Modbus Master 指令库需要一个284个字节的全局 V 存储区。
 

 参考：分配库指令数据区
 

关于 Modbus RTU 主站协议库的补充说明
 

此为西门子s7-200正式推出的标准库指令说明资料。

在 Modbus RTU Master 协议和 PPI 协议之间切换：

Modbus RTU Master 协议指令库使通信口工作在自由口模式下，此时不能与 Micro/WIN 软件通信。要在切换回 PPI 协议，可以：
 

• 将 MBUS_CTRL 指令的 Mode 输入端设置为逻辑“0”
   
• 将 CPU 的允许模式选择开关置为 STOP 位置
   

Modbus RTU Master 协议库的执行时间：

Modbus RTU Master 协议库的 MBUS_CTRL 指令不需要很长的执行时间。MBUS_需要 1.11 ms 用于初始化，

在后续的每个扫描周期中只占用 0.41 ms。

调用 MBUS_MSG 子程序会加长处理时间。大部分时间都用于 CRC 校验的计算。每读、写一个字的数据就需要 1.85 ms 扫描时间。

数据最多的情况下（读、写 120 字的数据），扫描时间大概会扩增加 222 ms。读操作的时间主要消耗在接收数据上；写操作的时间主要消耗在发送数据上。
 

Modbus 地址

通常 Modbus 地址由 5 位数字组成，包括起始的数据类型代号，以及后面的偏移地址。

Modbus Master 协议库把标准的 Modbus 地址映射为所谓 Modbus 功能号，读写从站的数据。Modbus Master 协议库支持如下地址：

• 00001 - 09999：数字量输出（ 线圈）
   
• 10001 - 19999：数字量输入（触点）
   
• 30001 - 39999：输入数据寄存器（通常为模拟量输入）
   
• 40001 - 49999：数据保持寄存器
   

Modbus Master 协议库支持的功能

为了支持上述 Modbus 地址的读写，Modbus Master 协议库需要从站支持下列功能：
 

表 1. 需要从站支持的功能

Modbus 地址和 S7-200 存储区地址的映射

西门子S7-200plc 通过 Modbus Master 和 Slave 协议库通信时，Modbus 地址和 西门子S7-200 内存储区地址的 映射关系都类似。

Modbus 保持寄存器地址映射举例：

Modbus 保持寄存器地址 40001 12 34 40002 56 78 40003 9A BC

S7-200 存储区字寻址 VW200 12 34 VW202 56 78 VW204 9A BC

S7-200 存储区字节寻址 VB200 12 VB201 34 VB202 56 VB203 78 VB204 9A VB205 BC

Modbus 数字量地址映射举例：
 

位地址（0xxxx 和 1xxxx）数据总是以字节为单位打包读写。第一个字节中的最低有效位对应 Modbus 地址的起始地址。如下图所示：

数字量地址映射举例

Modbus RTU 主站例程

为了更好地理解 Modbus 主站的西门子PLC编程，可参考下面的例程。

 注意： 

1. 该例程使用 Micro/WIN V4.0 SP5 保存。

2. 该例程仅访问一个从站，若访问不同的从站，可通过改变从站地址来实现。
 

 Modbus RTU 主站指令库应用例程

 注意：此指令库/程序的作者和拥有者对于该软件的功能性和兼容性不负任何责任。使用该软件的风险完全由用户自行承担。

由于它是免费的，所以不提供任何担保，错误纠正和热线支持，用户不必为 此联系西门子技术支持与服务部门。

常问问题

 1.Modbus RTU 主站库对 CPU 的版本是否有要求，为什么编译例子程序时，会遇到 4 个错误？

Modbus RTU 主站库对 CPU 的版本确实有要求，CPU 的版本必须为 2.00 或者 2.01(即订货号为6ES721*－***23-0BA*)，

1.22 版本之前（包括 1.22 版本）的 S7-200 CPU 不支持。

 2.Modbus 指令库启动后，如何通过同一个通信端口进行 CPU 监控？

Modbus 指令库使用的是 CPU 的自由口通信功能，工作在自由口模式下的通讯口不能使用 Micro/WIN 的 PPI 编程通信监控。

如果通信口都已经被占用，可以考虑：

• 加一个通信模块（如 EM 277、CP 243-1、EM 241 等）扩展出一个编程通信口
   
• 中止自由口模式，可以将 CPU 上的模式开关从 RUN 拨到 STOP；或者保持处于 RUN 状态，
  
  用程序停止指令库的 Modbus 模式（参见指令库应用）

 3.如何理解 Modbus 地址与功能码的区别？

Modbus 地址与 Modbus 的功能码是两个层次的概念。
 

根据 Modbus 通信协议，Modbus 数据的地址使用 0xxxx、1xxxx、3xxxx 和 4xxxx 的形式，分别表示数字量输出、数字量输入、模拟量输入等数据地址。

在使用 S7-200 的指令库时，Modbus 数据地址与 西门子plc s7-200 的 I/O 和数据存储区地址间有特定的对应关系。
 

有些设备表明它支持 Modbus RTU 通信协议，但也详细提供了读写数据的详细通信帧格式，其中包括如何指定 Modbus 站的地址，需要读写数据类型、长度等等。

数据帧有特定字节指出此指令读写的数据类型和地址，此字节的数据内容即所谓“功能码”，如功能 1 指定读取单个/多个数字量输出点的值。
 

支持 Modbus 协议的设备或软件，使用时用户直接设置或看到的应当是 Modbus 数据地址。Modbus 地址所访问的数据，是通过各种“功能”读写而来。

功能码是 Modbus 地址的底层。如果 Modbus 通信的一方提供的所谓 Modbus 协议只有功能码，则需要注意了解此功能号与 Modbus 地址间的对应关系。
 

 4.如何访问大于 9999 的保持寄存器地址？

通常 Modbus 协议的保持寄存器地址范围在 40001 - 49999 之间。对于多数应用来说已经够了。

但有些 Modbus 从站把地址映射到保持寄存器区的地址超过 9999 的部分。
 

Modbus Master 协议库支持超过 9999 的保持寄存器地址。地址范围为 400001 - 465536。

只需在调用 MBUS_MSG 子程序时给 Addr 参数赋相应的值即可，如 416768。
 

 Modubs Master 西门子扩展地址模式仅支持保持寄存器区，不支持其他地址类型。