西门子PLC s7-1200 modbus-tcp通信实例编程详细指导
西门子S7-1200Modbus-TCP通信例子【】绝密【】NDA【X】公开一、 组网概述本文以 ZKA-4488-ETH 为例介绍西门子PLC与深圳市综科智控科技开发有限公司的IO设备进行Modbus通讯的步骤设置。ZKA-4488-ETH 是 8 路数字量输入（DI），8 路数字量输出（DO），4路模拟量输入（AI，0/4-20mA），4 路模拟量输出设备（AO，0/4-20mA），以太网通信。
以 ZKA-4488-ETH 为例，出厂默认通讯参数如下：ZK模块 IP 为：192.168.0.105TCP 端口为：10001(注意：我们模块出厂时默认端口为10001，客户也可以通过ZK模块的配置文件把ZK通讯端口改成modbus-tcp的默认端口502)工作模式为：服务器模式二、 S7-200 Modbus TCP通信1 S7-200 Modbus TCP 通信简介Modbus 是公开通信协议，详细的协议和规范，请访问Modbus 组织的网站：http://www.modbus.org/S7-1200 CPU 本体上集成了一个 PROFINET 通信口，支持以太网和基于TCP/IP和UDP 的通信标准。这个PROFINET 物理接口是支持10/100Mb/s的 RJ45口，支持电缆交叉自适应，因此一个标准的或是交叉的以太网线都可以用于这个接口。使用这个通信口可以实现 S7-1200 CPU 与编程设备的通信，与HMI触摸屏的通信，以及与其它 CPU 之间的通信，S7-1200 CPU 的PROFINET 通信口主要支持以下通信协议及服务Profinet IO （V2.0开始）S7 通信 （V2.0开始支持客户端）TCPISO on TCPUDP（V2.0开始）Modbus TCPHMI通信Web通信（V2.0开始）。硬件版本V4.1 支持的协议和最大的连接资源：S7-1200的连接资源分配给每个类别的预留连接资源数为固定值；您无法更改这些值。但可组态 6个"可用自由连接"以按照应用要求增加任意类别的连接数。● 示例1: 1 个 PG 具有 3 个可用连接资源。 根据当前使用的 PG 功能，该 PG 实际可能使用其可用连接资源的 1、2 或 3。 在S7-1200 中，始终保证至少有1 个 PG，但不允许超过 1 个 PG。在CPU属性>常规>连接资源显示:硬件版本V3.0 支持的协议和最大的连接资源：3个连接用于操作面板1个连接用于编程设备（PG）与 CPU 的通信8个连接用于Open IE ( TCP, ISO on TCP, UDP) 的编程通信，使用T-block 指令来实现3个连接用于S7 通信的服务器端连接，可以实现与S7-200，S7-300以及 S7-400 的以太网S7 通信8个连接用于S7 通信的客户端连接，可以实现与S7-200，S7-300以及 S7-400 的以太网S7 通信连接数是固定不变的，不能自定义。注意：建立被动的TCP 、ISO on TCP 和UDP的连接时，建议使用端口范围: 2000~5000。一些端口号和TSAP 号是受到限制不能被使用的。 下列端口号和TSAP号不能使用：ISO TSAP (passive): 01.00, 01.01, 02.00, 02.01, 03.00, 03.01TCP/UDP port (passive): 20, 21, 25, 80, 102, 135, 161, 34962 … 34964,53, 80, 162, 443, 520, 90012 Modbus TCP 指令库S7-1200集成PN接口MODBUS TCP通信概述Modbus TCP是标准的网络通信协议，通过CPU上PN接口进行TCP/IP通信，不需要额外的通信硬件模块，Modbus TCP使用开放式用户通信连接作为Modbus通信路径，所支持的混合客户机和服务器连接数最大为CPU所允许的最大开放式用户通信连接数8个。软件 STEP7 V11 SP1版本开始，S7-1200CPU 从Firmware V1.0.2开始，不再需要安装Modbus TCP的库文件，可以直接调用Modbus TCP的库指令“MB_CLIENT”和“MB_SERVER”使用实现Modbus TCP通信功能，如图1所示。图1. Modbus TCP的库指令3 Modbus TCP 功能编程S7-1200 做Modbus Tcp Client（客户端）MB_CLIENT 进行客户机和服务器TCP连接、发送命令消息、接收响应以及控制服务器的断开。1.调用MB_CLIENT通信指令，进入 “Program blocks” >“OB1” 主程序中，调用MODBUSTCP客户机指令，如图2所示。
图2. MB_CLIENT通信指令功能块参数意义如下表1.：管脚说明REQ使能： False-无Modbus通讯请求，True-请求与服务器通讯，Done完成位来后才可以执行下次请求，建议采用上升沿触发请求；DISCONNECT控制与服务器建立和终止连接：0-建立与指定IP地址和端口号的通讯连接，默认为0；1-断开通讯连接，在终止连接的过程中，不执行任何其他功能；CONNECT_ID连接的ID号：每个连接只有一个唯一的ID号；IP_OCTET_1~4ZKA-4488-ETH的IP地址IP_PORTZKA-4488-ETH上使用TCP/IP协议与客户端建立通讯的IP端口号MB_MODE选择请求模式（读取、写入或诊断），具体对照参照表1.；MB_DATA_ADDR访问数据的起始地址；MB_DATA_LEN数据长度：数据访问的位数或字数；MB_DATA_PRT指向Modbus数据寄存器的指针：用于缓存从Modbus服务器接收的数据或将发送到Modbus服务器数据的缓冲区，可以是DB块或M区，如果是DB块则需要定义为“标准与S7- 300/400兼容”的类型，见下图3；DONE完成位：作业完成，无错误，该位置1；BUSY作业状态位：0-当前没有正在处理的“MB_CLIENT”作业；1-“MB_CLIENT”作业正在处理；ERROR错误位：0-无错误；1-出现错误，错误原因查看STATUS；STATUS错误代码；表1. 功能块参数意义2.MB_DATA_PTR数据块的新建通过“Programblocks”>“Add new block”，选择“Datablock”创建 DB 块，选择“标准与S7- 300/400兼容” ，点击“OK”键，定义数据区为100个字的数组，如图3所示。图3. 创建MB_DATA_PTR数据块3. MB_MODE、MB_DATA_ADDR和功能码的关系MB_CLIENT指令中，MB_MODE、MB_DATA_ADDR和MB_DATA_LEN三个参数组合定义了当前Modbus消息中所用的功能代码，如表2.。Modbus 功能MB_MODEMB_DATA_ADDR操作和数据类型数据长度FC01000001~09999读取输出位 每个请求1~2000个位1~2000FC02010001~19999读取输入位 每个请求1~2000个位1~2000FC03040001~49999 或 400001~465535读取保持寄存器 每个请求1~125个字1~125FC04030001~39999读取输入字 每个请求1~125个字1~125FC05100001~09999写一个输出位 每个请求1个位1FC06140001~49999 或 400001~465535写一个保持寄存器 每个请求1个字1FC15100001~09999写多个输出位 每个请求2~1968个位2~1968FC16140001~49999 或 400001~465535写多个保持寄存器 每个请求2~123个字2~123FC15200001~09999写一个或多个输出位 每个请求1~1968个位1~1968FC16240001~49999 或 400001~465535写一个或多个保持寄存器 每个请求1~123个字1~123FC1111读取服务器通信状态字和事件计数器：状态字反映处理状态（0-未处理；0XFFFF-处理中）；每次成功发送一条消息后，事件计数器都将递增。执行功能时，MB_CLIENT指令的MB_DATA_ADDR和MB_DATA_LEN参数都将被忽略。0FC0880通过数据诊断代码0X0000检查服务器状态 每次请求1个字1FC0881通过数据诊断代码0X000A重新设置服务器事件计数器 每次请求1个字13~10、12~79、82~255保留表2. MB_MODE、MB_DATA_ADDR和功能码的关系如上例中S7-1200作客户机，用FC04功能码读取ZKA-4488-ETH的模拟输入AI1通道的读数的两个字，起始从Modbus地址30001开始，接收的数据存放在缓冲区DB3.DBX0.0开始区域，设置如上：MB_MODE=0，MB_DATA_ADDR=30001，MB_DATA_LEN=2，对应关系为：30001->DB3.DBW0 ，30002->DB3.DBW2。注意：Slave ID 是ZKA-4488-ETH的站地址，和客户机中“MB_CLIENT” 中的“CONNECT_ID” 不是一个概念，实际上与客户机中“MB_CLIENT”的背景数据块中的STAT变量“MB_UNIT_ID”需要一致，在1200中该地址默认为16#00FF，实际使用时可以改成1，即：与ZKA-4488-ETH配置文件中的站号保持一致，当S7-1200挂接了多个ZKA-4488-ETH时，该值可以按序编号，也可以都使用值1，因为modbus-tcp依然可以根据指向的IP地址发送数据。图7. 客户机中“MB_CLIENT”的背景数据块中的STAT变量“MB_UNIT_ID”5.通讯测试S7-1200作客户机，用FC04功能码读取ZKA-4488-ETH的两个字，设置客户机和ZKA-4488-ETH的功能、起始地址、端口等参数相对应，具体设置如上，设置M5.0和M0.0为1，触发请求，如图8所示。
图8. S7-1200作客户机，用FC04功能码读取服务器的两个字通讯结果如图9所示，从服务器读到数据00，11到客户机的DB3.DBW0和DB3.DBW2区域。
图9. 通讯结果6.MB_CLIENT 参数 STATUS 错误代码查询参考下面两个列表3.和表4.。STATUS(W#16#)Modbus服务器返回的代码（B#16#）错误说明838101不支持功能代码838203数据长度错误838302数据地址错误或访问的数据超出MB_DATA_PTR的地址区838403数据值错误838503不支持诊断错误代码（功能代码08）表3. 协议错误代码STATUS(W#16#)错误说明7001MB_CLIENT 正在等待Modbus服务器响应指定TCP端口处的连接或断开连接请求，仅在第一次执行连接或断开操作时才报告此代码7002MB_CLIENT 正在等待Modbus服务器响应指定TCP端口处的连接或断开连接请求，等待连接或断开操作完成时，将针对任何后续执行报告此代码7003断开操作已成功完成（仅在一个PLC扫描周期内有效）80C8服务器在指定的时间内无响应，请检查与Modbus服务器设备的连接，尝试过任何组态的重试操作后，才报告此错误8188参数MB_MODE的值无效8189参数MB_DATA_ADDR的值无效818A参数MB_DATA_LEN的长度无效818B参数MB_DATA_PTR中的指针无效818C参数MB_DATA_PTR指向优化的区域，必须为“标准与S7- 300/400兼容”的DB或M区8200端口正在处理另一个Modbus请求8380接收到的Modbus桢有缺陷或接收到的字节太少8387指定的连接ID与用于先前请求的ID不同，只能有一个单个连接ID与每个MB_CLIENT背景数据块配合使用8388Modbus服务器返回一些和请求内容不同的数据，这只适合Modbus功能15或16表4. 参数错误代码除了上面列出的MB_CLIENT错误外，也可以从底层传输通信指令（TCON、TDISCON、TSEND和TRCV）返回错误，参考相应指令的错误代码。5 Modbus TCP 常问问题MB_CLIENT 指令的背景数据块中的 "MB_Unit_ID" 有什么功能？注意：Slave ID 是ZKA-4488-ETH的站地址，和客户机中“MB_CLIENT” 中的“CONNECT_ID” 不是一个概念，实际上与客户机中“MB_CLIENT”的背景数据块中的STAT变量“MB_UNIT_ID”需要一致，在1200中该地址默认为16#00FF，实际使用时可以改成1，即：与ZKA-4488-ETH配置文件中的站号保持一致，当S7-1200挂接了多个ZKA-4488-ETH时，该值可以按序编号，也可以都使用值1，因为modbus-tcp依然可以根据指向的IP地址发送数据：图 11. MB_Unit_IDS7-1200 MODBUS TCP通信多请求处理怎么做?单独的客户机连接需要遵循的规则：1.每个“MB_CLIENT”连接需要使用一个不同的背景数据块；2.每个“MB_CLIENT”连接必须指定一个服务器IP地址；3.每个“MB_CLIENT”连接必须指定一个唯一的连接ID；4.是否需要唯一的IP端口号取决于服务器组态；连接ID和背景数据块组合成对，对每个连接来说，组合对都是唯一的。对于多请求处理，有两种方法：方法一：如果TCP连接充裕，可以建立多个不同的连接发送请求，即每个请求使用一个独立的连接，调用独立的“MB_CLIENT”功能块，具体操作参考“Modbus TCP”部分。通过不同的连接发送多个请求，“MB_CLIENT”功能块多次调用，但是需要使用不同的背景数据块，不同的ID号和不同的端口号。方法二：通过公共的连接发送多个请求。通过公共的连接发送多个请求，“MB_CLIENT”功能块多次调用，但是需要使用相同的背景数据块，连接ID号，IP地址和端口号。在任意时间，只能有一个MB_CLIENT请求处于激活状态，在一个请求完成执行后，下一个请求再开始执行，轮循处理。在此，我们以方法二为例，介绍S7-1200如何通过分次请求获取ZKA-4488-ETH内部寄存器的数据：1.S7-1200的IP地址192.168.1.218，将系统存储器字节设置为MB1，如图1所示，图2所示。图1 IP地址设置图2 系统存储器字节设置1.新建数据块，访问指向ZKA-4488-ETH的IP地址和端口号如图6所示，新建DB，添加变量类型为TCON_IP_V4，设置InterfaceId，ID，ActiveEstablished，RemoteAddress，RemotePort等参数，具体含义参见链接。
图6 设置连接变量如图7所示，在DB中建立结构数组，用于轮询控制位以及数据，其中元素0用于第一次读取，元素1用于第二次读取。Init用于初始标志位。图7 轮询数据2.编写轮循功能1）如图8所示，用“FirstScan”在第一次扫描中将初始标志位置位。图8 初始化标志位2）如图9所示，程序段2中，第二步的完成位或者错误位去置位第一步的使能位复位第二步的使能位，同时复位第二步的完成位、错误位、触发的沿变量。程序段3中，一般情况下是EN通过第一步的使能位使能，REQ通过使能位的上升沿触发，设置模式、读取数据地址、长度、存储地址、连接数据、完成、错误位等。此外需要考虑第一次触发轮询，可以使用手动触发，在这里使用初始化标志位实现指令的第一次使能，去进行CPU和调试软件的TCP连接，使用Connected标志位触发第一次的REQ触发。
图9 请求1触发如图10所示，程序段4中，第一步的完成位或者错误位去置位第二步的使能位复位第一步的使能位，同时复位第一步的完成位、错误位、触发的沿变量，最后复位初始化标志位，确保第一个MB_CLIENT不会一直接通。程序段5中，EN通过第二步的使能位使能，REQ通过使能位的上升沿触发，设置模式、读取数据地址、长度、存储地址、连接数据、完成、错误位等。
图10 请求2触发五.通讯测试通讯结果如图11 所示。
图11 测试结果注意：1.如果需要更多的读写任务可以按照例子自行添加。