西门子S7-1200扩展模块 6ES7223-1BH32-0XB0 8DI/8DQ DC 24V

S7-1200 Modbus TCP 通信客户端指令块 MB_CLIENTSTEP 7 V13 SP1 软件版本中的 Modbus TCP 指令目前新的版本已升至 V4.0，如图 1 所示。该版本的使用需要具备以下两个条件：1. 软件版本：STEP 7 V13 SP1 及其以上2. 固件版本： S7-1200 CPU 的固件版本 V4.1 及其以上图 1. Modbus TCP V4.0 版本指令块V4.0 作为 Modbus TCP 新版指令的个基础版本，后续版本新增内容参见：V5.0 版本新功能文档参见链接。V6.0 版本新功能文档参见链接。V4.0 版本 Modbus TCP 服务器文档参见链接。旧版指令主要应用于固件版本 V4.0 及其以前的 CPU：客户端指令块文档参见链接。服务器指令块文档参见链接。S7-1200 Modbus TCP 实验环境下面以两台 S7-1200 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，本文档只介绍客户端部分组态编程，服务器部分参见链接。表 1 列出了具体的实验环境，表 2 列出了双方 CPU 通信所需主要参数。操作系统WIN7 SP1 版 64 位编程软件STEP 7 Professional V13 SP1 Update 5系统硬件CPU1212C 6ES7212-1AE40-0XB0 V4.1CPU1215C 6ES7215-1AG40-0XB0 V4.1表 1. Modbus TCP 通信的实验环境CPU 类型IP 地址端口号硬件标识符客户端CPU 1212C192.168.0.6064服务器CPU 1215C192.168.0.450264表 2. Modbus TCP 通信双方的基本配置硬件标识符是在“设备组态”中，双击 PROFINET 接口，然后在“属性”中的“硬件标识符”中查看，如图 2 所示。图 2. S7-1200 设备的 PROFINET 接口硬件标识符S7-1200 Modbus TCP 客户端编程S7-1200 客户端侧需要调用 MB_CLIENT 指令块，该指令块主要完成客户机和服务器的 TCP 连接、发送命令消息、接收响应以及控制服务器断开的工作任务。1. 调用 MB_CLIENT将 MB_CLIENT 指令块在“ 程序块 > OB1 ”中的程序段里调用，调用时会自动生成背景 DB ，点击确定即可，如图 3 所示。图 3. Modbus TCP 客户端侧指令块该功能块各个引脚定义如表 3 所示：参数说明REQ与服务器之间的通信请求，上升沿有效。DISCONNECT通过该参数，可以控制与 Modbus TCP 服务器建立和终止连接。 0：建立连接；1：断开连接。MB_MODE选择 Modbus 请求模式（读取、写入或诊断）。具体参见表 4。MB_DATA_ADDR由“MB_CLIENT”指令所访问数据的起始地址。具体参见表 4。MB_DATA_LEN数据长度： 数据访问的位或字的个数。具体参见表 4。MB_DATA_PTR指向 Modbus 数据寄存器的指针。CONNECT指向连接描述结构的指针。使用 TCON_IP_v4 数据类型。DONE后一个作业成功完成，立即将输出参数 DONE 置位为“1”。BUSY作业状态位：0：无正在处理的“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指令的详细状态信息。表 3. MB_CLIENT 各引脚定义说明MB_MODE、MB_DATA_ADDR、MB_DATA_LEN、 Modbus TCP 功能码等之间的关系，参见表 4。MB_MODEMB_DATA_ADDRMB_DATA_LENModbus TCP 功能码操作和数据01 - 99991 - 200001读取输出位每个请求 1 - 2000 个位010001 - 199991 - 200002读取输入位每个请求 1 - 2000 个位040001 - 49999（等同于 400001 - 409999）400001 - 4655351 - 12503读取保持寄存器每个请求 1 - 125 个字030001 - 399991 - 12504读取输入字每个请求 1 - 125 个字110001 - 19999105写入输出位每个请求 1 个位140001 - 49999（等同于 400001 - 409999）400001 - 465535106写入保持寄存器每个请求 1 个字110001 - 199992 - 196815写入多个输出位每个请求 2 - 1968 个位140001 - 49999（等同于 400001 - 409999）400001 - 4655352 - 12316写入多个保持寄存器每个请求 2 - 123 个字210001 - 199991 - 196815写入输出位每个请求 1 - 1968 个位240001 - 49999（等同于 400001 - 409999）400001 - 4655351 - 12316写入保持寄存器每个请求 1 - 123 个字11-11读取服务器的状态字和事件计数器：状态字反映了处理的状态（0 - 未处理，0xFFFF - 正在处理）Modbus 请求成功执行时，事件计数器将递增。如果执行 Modbus 功能时出错，则服务器将发送消息，但不会递增事件计数器。80-108通过诊断代码 0x0000 检查服务器状态（返回循环测试 - 服务器发回请求）：每次调用 1 个字81-108通过诊断代码 0x000A 复位服务器的事件计数器：每次调用 1 个字1010 - 655351 - 200001读取输出位每个请求 1 - 2000 个位1020 - 655351 - 200002读取输入位每个请求 1 - 2000 个位1030 - 655351 - 12503读取保持寄存器每个请求 1 - 125 个字1040 - 655351 - 12504读取输入字每个请求 1 - 125 个字1050 - 65535105写入输出位每个请求 1 个位1060 - 65535106写入保持寄存器每个请求 1 个字1150 - 655351 - 196815写入输出位每个请求 1 - 1968 个位1160 - 655351 - 12316写入保持寄存器每个请求 1 - 123 个字表 4. 参数说明当库版本使用 V6.0，可以使用 MB_MODE = 123，使用 23 号功能码，具体使用参见链接。2. CONNECT 引脚的指针类型，先创建一个新的全局数据块 DB2，如图 4 所示：图 4. 创建全局数据块第二步，双击打开 DB2，定义变量名称为“aa"，数据类型为“TCON_IP_v4”（可以将 TCON_IP_v4 拷贝到该对话框中），然后点击“回车”按键。该数据类型结构创建完毕。如图 5 所示：图 5. 创建 MB_CLIENT 中的 TCP 连接结构的数据类型各个参数定义说明如表 5 所示：参数说明InterfaceId网口硬件标识符，对于本体网口为 64，即16#40。ID连接 ID，取值范围 1~4095Connection Type连接类型。TCP 连接默认为：16#0BActiveEstablished建立连接。主动为 1（客户端），被动为 0（服务器）。ADDR服务器侧的 IP 地址RemotePort远程端口号LocalPort本地端口号表 5. TCON_IP_v4 数据结构的引脚定义本文远程服务器的 IP 地址为 192.168.0.4，远程端口号设为 502。所以客户端侧该数据结构的各项值如图 6 所示：图 6. MB_CLIENT 侧 CONNECT 引脚数据定义注意：CONNECT 引脚的填写需要用符号寻址的方式。TCON_IP_v4 是系统数据类型，不是在 PLC 数据类型中创建的。LocalPort 一般使用默认值 0，意思是本地使用随机端口。3. 创建 MB_DATA_PTR 数据缓冲区创建一个全局数据块 DB3，创建方法可以参考图 4，连同上一步创建的 DB2 位于 CPU 程序块中，如图 7 所示：图 7. 生成的两个 DB 块名称第二步，建立一个 Word 数组的数据类型，以便通信中存放数据，如图 8 所示。图 8. MB_DATA_PTR 数据缓冲区结构注意：MB_DATA_PTR 指定的数据缓冲区可以为 DB 块或 M 存储区地址中。DB 块可以为优化的数据块，也可以为标准的数据块结构。若为优化的数据块结构，必须是基本数据类型数组，例如 Int、Real、Bool 数组，编程时需要以符号寻址的方式填写该引脚；若为标准的数据块结构（可以右键单击 DB 块，“属性”中将“优化的块访问”前面的勾去掉，如图 9 所示），可以以指针的方式填写该引脚。MB_DATA_PTR 指定的数据缓冲区必须足够大，至少达到 MB_DATA_LEN 个位（访问输入位、输出位时）或字（访问保持寄存器、输入字时）。本文以标准的数据块（默认）为例进行编程。图 9. 修改 DB 块属性为标准的块结构4. 客户端侧完成指令块编程调用 MB_CLIENT 指令块，使用功能码 03 从服务器中读取 2 个保持寄存器的值，参考表 4，因此 MB_MODE = 0，MB_DATA_ADDR = 40001，MB_DATA_LEN = 2，如图 10 所示：图 10. MB_CLIENT 指令块编程注意：对于一般的支持 Modbus TCP 设备，可能无法在其设备手册中查找到诸如 40001、30001 这种数据地址，而是以功能码 + 十六进制数形式的变量地址，这样有两种处理办法：方法 1：将功能码 + 100 作为 MB_MODE，十六进制地址数转化为十进制数作为 MB_DATA_ADDR。例如 0x03 功能码，地址 0x00FF，这样就是 MB_MODE = 103， MB_DATA_ADDR = 255。方法 2：通过判断功能码决定是读是写，决定 MB_MODE 为 0 读还是 1 写（2 写比较特殊，只用于不支持 5、6 号功能码的设备），然后将十六进制地址数转化为十进制数，然后对于不同的功能码，十进制数增加不同的偏移量，对于功能码 1、5、15 偏移量为 1，对于功能码 2 偏移量为 10001，对于功能码 3、6、16 偏移量为 40001（对于超过 9999 的地址，偏移量为 400001），对于功能码 4 偏移量为 30001。同样以 0x03 功能码，地址 0x00FF 为例，因为是读，所以 MB_MODE = 0， 0x00FF 转换为十进制为 255，加上偏移量 40001 就是 40256，这样 MB_DATA_ADDR = 40256。5. 将整个项目下载到 S7-1200待服务器侧准备就绪，触发指令块的 REQ 引脚一个上升沿，将读取到的数据放入 MB_DATA_PTR 引脚指定的 DB 块变量中。具体的实验结果可以查看服务器文档中通信测试，链接。注意：对于本例来说，伙伴是另一个 S7-1200，实际上也可以换做任意支持 Modbus TCP 服务器的设备，只需要在参数引脚设置合适值，并且在 CONNECT 设置正确的通信参数即可。如果 S7-1200 作为 Modbus TCP 客户端需要同时连接多个 Modbus TCP 服务器，那么需要使用多个 MB_CLIENT，每个 MB_CLIENT 需要使用不同的背景数据块，并且每个 MB_CLIENT 需要使用不同的 CONNECT 参数，尤其是里面 ID，一定不能重复。每个连接占用一个开放式用户连接，每个连接都是独立的，所以可以同时调用触发不同的 MB_CLIENT。如果一个 Modbus TCP 连接里面有多个通信作业，例如有读有写，或者需要读不同的区域等，那么如果每个作业调用一次 MB_CLIENT ，每次调用必须使用相同的背景数据块，CONNECT 也使用相同的参数，这些块可以同时调用但是不能同时触发 REQ，方法具体可以参考文档。如果 S7-1200 作为 Modbus TCP 客户端需要通过 Modbus TCP 转 Modbus RTU 网关，连接多个 Modbus RTU 从站，那么这只相当于使用了一个 Modbus TCP 连接，即与网关的连接，如果每个从站调用一次 MB_CLIENT，那么每次调用必须使用相同的背景数据块，CONNECT 也使用相同的参数，这些块可以同时调用但是不能同时触发 REQ，每个不同的从站的背景数据块中使用不同的 "MB_Unit_ID" 值，这个值使用 Modbus RTU 从站站号，具体可以参考下面的常见问题，编程方法可以参考文档。常见问题 MB_CLIENT 指令的背景数据块中的 "MB_Unit_ID" 有什么功能？S7-1200 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"。这种情况下， Modbus TCP 服务器作为 Modbus RTU 协议中的网关，"MB_Unit_ID" 参数相当于 Modbus RTU 协议中的从站地址。Modbus TCP 客户端直接向 Modbus TCP 服务器发送请求，Modbus TCP 服务器通过识别 "MB_UNIT_ID" 参数，将请求转发到从站设备。在 S7-1200 项目中，选择系统块，双击打开 MB_CLIENT 指令的背景数据块“MB_CLIENT_DB”, 在静态变量 Static 下可以找到 MB_Unit_ID (默认起始值 16#FF，即十进制 255)。如图 11 所示。图 11. MB_Unit_ID例如，当 S7-1200 做客户端与电脑上的 Modbus TCP 调试软件 Modsim32 通信时，会遇到如上“无法建立连接”的问题。这时，修改调试软件 Modsim32 中 Device Id 为 255，使之等于 MB_Unit_ID 的值，即可建立联系。如图 12 所示。图 12. Device Id在下面文档中介绍如何通过修改 "MB_Unit_ID" 参数，实现 MODBUS TCP 客户端访问网关后的多个 MODBUS RTU 从站。 注意：如果 Modbus TCP 服务器无法更改 Device Id 的值, 则修改 S7-1200 项目中 MB_Unit_ID 数值， 使双方的参数一致，才可以进行数据交换。更多关于 MB_Unit_ID 功能的说明，请参考以下链接：Modbus 块 "MB_CLIENT" 的背景数据块中的 "MB_UNIT_ID" 有什么功能？https://support.industry.siemens.com/cs/cn/zh/view/102420337