组网概述
本文以 ZKA-4488-WIFI 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-WIFI 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),无线WIFI通信。
以ZKA-4488-WIFI为例,出厂默认通讯参数如下:
ZK模块 IP 为:192.168.0.105
TCP 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
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/
Modbus TCP 是通过工业以太网 TCP/IP 网络传输的 Modbus 通信。S7-200 SMART 采用客户端-服务器方法,Modbus 客户端设备通过该方法发起与 Modbus 服务器设备的 TCP/IP 连接。
建立连接后,客户端向服务器发出请求,服务器将响应客户端的请求。客户端可请求从服务器设备读取部分存储器,或将一定数量的数据写入服务器设备的存储器。如果请求有效,则服务器将响应该请求;如果请求无效,则会回复错误消息。
S7-200 SMART 支持做 Modbus TCP 的客户端或者服务器,可以实现 PLC 之间通信,也可以实现与支持此通信协议的第三方设备通信。通信伙伴数量比较多的时候,可以使用交换机,扩展以太网接口。
2 Modbus TCP 指令库
STEP7-Micro/WIN SMART 从V2.4 版本开始,软件中直接集成 Modbus TCP 库指令。
安装软件后,Modbus TCP 指令位于 STEP7-Micro/WIN SMART 项目树中“指令”文件夹的“库”文件夹中。如图2.Modbus TCP库指令所示。
指令分为客户端和服务器两种,目前指令版本为 V1.0。客户端指令会占用开放式用户通信资源主动连接,最多8个;服务器指令会占用开放式用户通信资源的被动连接资源,最多也是8个。
图2.Modbus TCP库指令
Modbus TCP 客户端:
Modbus 客户端指令MBUS_CLIENT使用 CPU 的以下资源:
占用主动连接资源。最多有8个主动连接资源
连接多个服务器伙伴时,自动生成连接 ID。
Modbus TCP 客户端使用以下程序实体:
1 个子程序
2849 个字节的程序空间
V 存储器的 638 字节模块,用于指令符号
Modbus TCP 服务器:
Modbus 服务器指令 MBUS_SERVER 使用 CPU 的以下资源
占用被动连接资源。最多有8个被动连接资源
连接多个客户端伙伴时,自动生成连接 ID。
Modbus TCP 服务器使用下列程序实体:
1 个子程序
2969 个字节的程序空间
V 存储器的 445 字节模块,用于指令符号
指令库编程后,必须从 STEP 7-Micro/WIN SMART 的为使用的指令分配库存储区地址。
3 Modbus TCP 功能编程
下面以一台S7-200 SMART和一台ZKA-4488-ETH 之间进行Modbus TCP 通信为例,详细阐述客户端与服务器侧如何编程及通信的过程。具体的实验环境见表1.;通信任务见表2:
表1.实验环境

操作系统WIN7 SP1 专业版 64位
编程软件STEP7-Micro/WIN SMART V2.4版本
硬件CPU SR60:6ES7288-1SR60-0AA0 固件:V2.4 版本ZKA-4488-WIFI:综科智控4AI+4AO+8DI+8DO以太网modbus-tcp通信交换机:CSM 127 6GK7 277-1AA10-0AA0

表2.通信任务

硬件通信角色IP地址端口号读/写数据区域
CPU SR60客户端192.168.0.600读VB20-VB31
ZKA-4488-WIFI服务器192.168.0.10510001响应AI1~AI3模拟量采集值

客户端侧指令编程

1、系统块中设置客户端的IP地址,以确保IP地址设置无误。此步骤为可选,如果确定IP地址设置无误,可忽略此步骤。设置方法如图2.所示。
图2.系统块设置IP地址
2、鼠标点击 MAIN 主程序的程序段1的编程区域,从库文件夹下找到 Modbus TCP 客户端指令 MBUS_CLIENT,鼠标双击,指令出现在程序段1中,操作如图3.所示。
图3.添加客户端指令
3、填写客户端指令参数,如图4.所示。
图4.填写客户端参数
程序块具体参数详细解释介绍见表3.

参数及类型数据类型说明
ReqINBOOL=1:表示向服务器发送Modbus 请求
ConnectINBOOL=1:尝试与分配的IP地址及端口号建立连接;=0:尝试断开已经建立的连接,忽略Req的任何请求
IPAddr1-4INBYTE填写 Modbus TCP 服务器的IP地址IPAddr1-4为高到低字节
IP_PortINBYTE填写Modbus TCP 服务器的端口号
RWINBYTE指定操作模式 =0:读;=1写
AddrINDWORD要进行读写的参数的 Modbus 起始地址,本例中也即ZKA-4488-ETH寄存器地址
CountININT要进行读写的参数数据长度;数字量输入/输出Count=1表示1 bit,最大1920位对于模拟量输入和保持寄存器,最大 Count 值为 120 字。本例中读取AI1~AI3模拟输入的读数,因为每个AI输入通道占用2个WORD寄存器地址,所以读取3个通道AI1~AI3就需要读取6个WORD寄存器
DataPtrIN_OUTDWORD数据寄存器地址指针,指向本地用于读/写操作的数据地址区域的首地址
DoneOUTBOOLTRUE:以下任一条件时为真:客户端已与服务器建立连接;客户端已与服务器断开连接;客户端已接收 Modbus 响应;发生错误 FALSE:客户端正忙于建立连接或等待来自服务器的 Modbus 响应。
ErrorOUTBOOL出现错误,仅一个周期有效

4、鼠标选中程序块文件夹,单击右键,下拉菜单中选择库存储器,如图5.所示。
图5.点击库存储器
5、在库存储区分配对话框中手动输入存储区的起始地址。此实例为VB5000开始,以使指令库可以正常工作。确保库存储区与程序中其他已使用的地址不冲突。使用建议地址无法确定是否有地址重叠,所以推荐手动输入正确的库存储区首地址。如图6.所示。
图6.库存储区地址分配
6、编译项目,下载程序。
将M0.0置位为1,然后在状态图表中创建变量,VW20-VW30 共6个字,监视值如图7.所示。
图7.读取ZKA-4488-ETH的数据
4 关于 Modbus TCP协议及地址
S7-200 SMART 做Modbus TCP 通信,可以支持的功能码及功能描述及所占用的地址区,如表4.所示。客户端会主动的发送请求,服务器响应。在通信指令填写参数中没有直接填写功能码,而是通过多个参数填写共同确定功能码的。
表4.功能码概况说明

功能码(十进制)功能描述RWAddrCountCPU地址
01读数字量输出 位000001-099991-1920 位Q0.0-1151.7
02读数字量输入 位010001-199991-1920 位I0.0-1151.7
03读寄存器 字040001-49999400001-4655351-120 字V区
04读模拟量输入 字030001-399991-120 字AIW0-AIW110
05写数字量输出 单个位100001-099991位Q0.0-Q1151.7
06写寄存器 单个字140001-49999400001-4655351个字V区
15写数字量输出 多个位100001-099991-1920 位Q0.0-1151.7
16写寄存器 多个字140001-49999400001-4655351-120 字V区

举例:
和Modbus TCP服务器交换数据参数支持功能码:03,在客户端指令中设置两个参数确定03功能码:
RW=0:确定读取数据,(筛选出可能会使用的功能码:01,02,03,04),
Addr:40001-49999/400001-465535,表示交换数据为寄存器类型的数据。
5 Modbus TCP 常问问题
1、如何判断Modbus TCP连接是否建立?
答:进行Modbus TCP通信,需要建立连接,
S7-200 SMART CPU作为Modbus TCP客户端时:通过Modbus TCP Client指令 MBUS_CLIENT 的符号表中的 mConnected 参数来判断,如图1.所示
mConnected=1 表示已经建立连接,mConnected=0 表示尚未建立连接
图1.mConnected判断连接状态
注意:当PLC内存在多个客户端或者多个服务器时,不建议参考该状态点。
2、如何查看错误代码?
答:出现错误时,MBUS_CLIENT 指令输出参数Done 会为1,但是,Done在连接建立完成,连接断开,响应完成时都会出现置位为1的情况。
出现错误时,还有Error字节会显现出错误代码,仅保留一个周期时间。
综上所述,查看错误代码,可以按照图3.所示的方法进行。
图3.查看错误代码
3、进行 Modbus TCP 通信寄存器类型数据,数据量大超过120个字如何处理?
答:如果数据量超过120个字,可以进行如下两种方法操作:
A、建立多个连接,不同连接之间,可以并行操作,因为占用的通信资源不同;
B、建立一个连接,进行多个操作,不同操作之间需要进行轮询,同一时刻只有一个操作在进行。
4、Modbus TCP通信时,如何访问地址范围大于49999 的保持寄存器?
Modbus 保持寄存器地址在 40001 到49999 这一范围内。该范围足以满足大多数应用的要求,但有些 Modbus 从站设备将数据映射到地址范围更大的保持寄存器中。 MBUS_CLIENT 指令允许参数Addr的附加范围,以支持 400001 至465536 的保持寄存器地址的扩
展范围。例如,要访问保持寄存器 16768,请将 MBUS_CLIENT 的Addr参数设置为 416768。 扩展寻址允许访问 Modbus 协议支持的全部 65536 个可能地址。此扩展寻址仅适用于保持寄存器。
5、S7-200 SMART作为 Modbus TCP客户端, 服务器为网关模块,连接多个 Modbus RTU 设备时如何区分 Modbus RTU 从站地址能?
答:S7-200 SMART CPU 作为 Modbus TCP 客户端与 Modbus TCP 服务器通信,当尝试访问比 Modbus TCP 服务器更低端的串行子网中的设备,会有报错 "无法建立连接"。如果 Modbus TCP 服务器用于 Modbus RTU 协议的网关,则MB_UNIT_ID 可用于识别串行网
络上连接的从站设备。MB_UNIT_ID 用于将请求转发到正确的 Modbus RTU 从站地址。一些 Modbus TCP 设备可能要求 MB_UNIT_ID 参数在限制范围内。该参数所在位置,如图4.所示
mModbusUnitID默认值为255(16#FF),如果从站设备有多个,可以S7-200 SMART 和网关模块建立一个连接,在这个连接上通过修改UnitID的值进行UnitID的轮询。
图4.mModbusUnitID
6、对于一些服务器不支持写单个数字量输出位(功能码 5)/单个保持寄存器(功能码 6),S7-200 SMART 如何实现写单个位/字。
答:一些 Modbus 服务器设备不支持 Modbus 功能写入单个离散输出位(Modbus 功能 5)或写入单个保持寄存器(Modbus 功能 6)。相反,这些设备只支持多位写入(Modbus 功能 15)或多寄存器写入(Modbus 功能 16)。如果服务器设备不支持单个位/字Modbus
功能,则MBUS_CLIENT 指令将返回错误代码 1。Modbus 客户端协议允许强制 MBUS_CLIENT 指令使用多个位/字Modbus 功能,而非使用单个位/字Modbus 功能。可通过在 Modbus 客户端符号表中查找符号 mModbusForceMulti,并在程序执行 MBUS_CLIENT 之前
更改此值,来强制多个位/字指令。将mModbusForceMulti 设置为 TRUE,可在写入单个位或寄存器时强制使用多个位/字功能。如图5.所示。
图5. mModbusForceMulti