西门子S7 1214C PLC的ModbusRTU通讯实例分析

PLC程序猿Modbus是PLC应用中常用的通讯手段，轮询是在进行一个控制器连接多个从站的通讯时常用的编程手段，由于ST语言在数据处理上的优势，此方法变得更为简单。下面以西门子S7 1214C PLC的ModbusRTU通讯为例，展现ST语言下的modbus通讯和轮询。

硬件连接

要准备的硬件和软件：

1.西门子PLC 1214C；

2.通讯板CB1241；

3.USB转RS485转换器；

4.Modscan2/Modsim32电脑模拟软件模拟主/从站，

5.SPU(serial port Utility)，监视通讯报文。

PLC作为主站，使用软件Modsim32模拟从站，使用两芯线（最好是带屏蔽双绞线）进行连接：

硬件连接

将通讯板的AB两端与转换器的AB两端进行连接，要注意AB两端区分正负极，反接不会烧坏设备，但是无法正常通讯。

编写程序

1.设备组态

在博图软件中配置西门子PLC和通讯板。modbus通讯需要设置波特率、数据位、停止位和校验位等通讯参数，在博图中的设备组态中设置此参数，主从站设置一致即可通讯。

通讯参数

设置波特率9600,数据位8位，停止位1位，无校验，在PLC离线模式下下载硬件组态。

下载组态信息

2.调用modbus功能块

西门子的通讯一般都需要调用系统功能块，在“指令”-“通信”-“通信处理器”下可以找到modbus通讯功能块：

通讯功能块

可以看到这里提供两套modbus通讯模块，这两套都可以使用（暂不清楚具体的区别），本文选用的是下面的版本较低的模块。

新建程序段，将配置模块MB_COMM_LOAD和主站模块MB_MASTER拖入程序中：

调用功能块

功能块调用后要对必要的引脚进行赋值，各个引脚的功能可以按F1查看，建立一个DB数据块，声明一些变量连接功能块的引脚：

声明变量

上面声明了两个容量为5的字数组，用于数据的发送和接受，这个容量可以根据需求任意设置。然后将这写变量写入模块引脚：

模块赋值

配置模块MB_COMM_LOAD的触发REQ只需要在连接时触发一次啊，因此直接将系统内置的变量“firstscan”写入即可，上电后执行一次。

由于通讯的读和写都由主站模块MB_MASTER完成，因此我们对这个模块进行两次赋值，第一次实现读的功能，由modbus地址40100开始，读5个数据，写入"ModbusData".Read_Data中；第二次实现写的功能，将"ModbusData".Sent_Data中的数据写入由modbus地址40110开始的5个数据中。

程序写到这里已经可以进行通讯了，如果想要在线实验一下，可以将变量写入监控表，手动触发读写触发引脚变量，观察模块的输出状态，这里就不演示了。

3.编写轮询程序

所谓轮询就是依次询问，假设我们有3个设备作为modbus从站，从站地址（站号）依次为1,2,3，使用case语句依次对这3个设备进行读写操作，而读出和写入的数据分别存入3套不同的变量当中。

建立设备变量

使用一个结构体来描述一个设备的所有信息，包括5个状态字（states:Array[0..4] of Word）和5个控制字（ctrl:Array[0..4] of Word），将结构体声明为数量为3的数组，存放3个设备的数据。

在整个循环开始前，设定起始设备地址，然后按照“读操作触发，读数据，读设备地址+1，延时，写数据，写操作触发，写设备地址+1，延时”的顺序持续循环，按照设备地址号选择上面的结构体变量：

读操作

iStep=0时，关闭读写触发，设定读写设备地址为1；

iStep=10时，读操作触发，模块发出读数据命令，模块置位busy信号；

iStep=11时，等待读操作完成，模块读到设备数据后会置位done信号，复位busy信号，根据信号状态将读到的数据（Read_Data）写入设备数据结构体（DeviceData.states)，如果设备地址=1，则写入DeviceData[1].states，设备地址变化，写入的结构体也会相应的变化，保证不同设备的数据不会互相干涉。这里加一个判断，一段时间读不到数据返回10步骤重新进行读操作。

iStep=12时，用计数的方式做一个简单的延时功能，避免因读写频率太快导致设备反应不过来。

写操作

向设备写入信息，在写入操作触发前要先将相应设备结构体中的数据（DeviceData.ctrl）写入发送数据缓存区（Sent_Data），然后再进行写操作，与读操作类似，写入完成后设备地址+1，跳转下一步骤。

运行程序

将程序编译写入后重启PLC，可以看到通讯板的指示灯已经开始闪烁，而轮询步骤iStep始终在10,11两步，证明读数据命令已经发出，但是没有接受到设备的反馈，始终在进行第一个设备的读操作。

虽然能够看到通讯灯在闪，但我们仍然不能直观的看到这个网络中的状态，这是就需要前面提到的SPU软件，监视串口网络中的报文。

监视报文

设定端口号，选择Hex数据格式，点击开始，可以看到当前网络中所有报文，根据modbus协议的规格（可以自行百度），可以判断这些报文就是plc发出的读命令。

想要读到数据必须要有从站，我们使用modsim软件模拟出3个从站：

modsim

将3个模拟从站地址分别设为1,2,3，起始modbus地址与程序设为一致：40100，长度设为20，这样读写地址都能看到。点击connection设定通讯参数（波特率，数据位，停止位，校验位与程序中设为一致）。点击确定后能后看到通讯板和转换器的接受发送指示灯开始闪烁，程序中的设备地址也在1-3中循环变化：

由于动图的帧率选的较低，会漏掉几个灯的状态。。。

变化的设备地址

监看程序中设备地址，能够看到地址在1-3之间循环变化。可惜的是modsim与SPU不能共用一个串口，看不到modsim反馈的报文了。

接下来我们在modsim中改变几个地址的值，看看PLC的设备数据结构体中能否进行相应的变化，将设备1的数据设定为：

40100设置为110，

40101设置为111，

40102设置为112，

40103设置为113，

40104设置为114，

设定数据

数据设定后在PLC的DB块中监视DeviceData的值：

读取数据

可以看到DeviceData[1].states的值已经变化（16进制），而DeviceData[2]和DeviceData[3]并没有变化。

下面进行写数据的验证，在程序中将DeviceData[2].ctrl任意赋值，然后再modsim中查看：

写入数据赋值

写入成功

可以看到modsim 3中相应地址的数据也已经变化，而其他模拟设备中并没有改变。

其他

在实际的项目中，例如变频器控制，通讯参数和数据地址一般都是设备(从站)规定好的，我们需要查阅设备手册，在程序中做相应的设置即可，通过通讯获取的数据可以有触摸屏显示出来，方便操作人员监控设备状态，也可以做一写判断，用于设备的报警等处理。

编辑：黄飞