西门子博途: MODBUSPN说明

MODBUSPN 说明

说明

该 MODBUSPN 指令允许在带有集成 PN 接口的 CPU 和支持 Modbus/TCP 协议的伙伴之间进行通信。支持功能代码 1、2、3、4、5、6、15 和 16。根据参数分配，该指令可用作客户端（S7 为客户端），也可用作服务器（S7 为服务器）。使用 MODBUSPN 指令在通信伙伴之间建立连接以传送数据并控制连接终止。

数据传输期间执行以下操作：

发送时，生成 MODBUS 特定的消息帧报头

接收时，检查 MODBUS 特定的消息帧报头

检查由客户端寻址的数据区是否存在

发生错误时，生成异常消息帧（仅限 S7 为服务器时）

与组态的数据块进行数据传输

还将对建立连接、终止连接以及数据接收所使用的时间进行监视。

“MODBUSPN”指令 V2.0 可用于 S7-300 及 S7-400。通过本地 CPU 接口进行连接。使用该指令时，无需其它任何硬件模块。

指令的工作原理

初始化

在“Init”输入中有上升沿时初始化指令 MODBUSPN。  

必须根据设备组态分配初始化参数。 

初始化参数将应用于背景 DB。

启动过程中不会评估运行时参数。

将检查参数数据块中数据的有效性。

如果在 Init 参数中检测到上升沿，则执行上述操作。如果检查完成后没有错误，则重置 Init，Init_Error 和 Init_Status 显示 0。

如果在检查期间出现错误，则会显示在输出 Init_Error 和 Init_Status 中。只要存在 Init 错误，就不能通过此块进行 Modbus/TCP 通信。必须首先更正 Init 错误。

循环模式

循环模式下，将在 OB1 或循环中断 OB 中调用 MODBUSPN。

将根据运行时参数激活块功能。

处理作业期间不会评估运行时参数的更改。

只要未执行初始化，就不会评估初始化参数。

处理连接

Modbus客户端主动建立连接。从参数数据块中的连接参数读取所需数据。

连接参数块中的参数 (active_est) 指定 PN CPU 将作为主动通信伙伴还是被动通信伙伴。

对于两种连接类型（主动和被动），在运行时均会通过 TCON 指令打开一个到链接伙伴的通信通道。

通过参数数据块中的 connect_at_startup 参数指定连接建立的时间。

通过 MODBUSPN 指令中的 DISCONNECT 参数终止连接。

“S7 为客户端”的作业初始化或“S7 为服务器”的指令激活

输出参数为动态显示，因此未决状态仅持续 1 个 CPU 周期。也就是说，必须将其复制到其它存储区，才能进一步处理或在监视表中显示。

S7 为客户端：作业初始化

作业通过触发输入 ENQ_ENR 的上升沿变化激活。根据输入参数 UNIT、DATA_TYPE、START_ADDRESS、LENGTH 和 WRITE_READ，会生成 MODBUS 请求帧，并通过 TCP/IP 连接发送到伙伴站。客户端等待服务器响应的组态时间 RECV_TIMEOUT。

如果发生超时（服务器没有响应），则激活的作业将正常结束。可启动新作业。

接收到响应消息后将执行有效性检查。如果检查成功，将执行所需动作，且作业成功执行未出现错误；输出 DONE_NDR 置位。如果在检查期间检测到错误，则作业正常结束，置位位 ERROR，并在 STATUS 中显示错误编号。

S7 为服务器：指令激活

指令已准备好在触发输入 ENQ_ENR 的上升沿接收来自客户端的请求消息。在这种情况下，服务器处于被动状态，并等待来自客户端的消息帧。将检查接收到的消息帧。如果检查成功，则对请求消息做出应答。DONE_NDR 位置位时，即通知用户消息通信已完成。此时，已执行的函数会显示在输出 UNIT、DATA_TYPE、START_ADDRESS、LENGTH 和 WRITE_READ 中。

错误的请求消息或导致错误消息。置位位 ERROR，在 STATUS 中显示错误编号，并且不处理客户端的请求。将根据错误情况向客户端发送异常消息帧。

参数

下表列出了指令“MODBUSPN”的参数：

参数	声明	数据类型	说明	取值范围	Init
id	Input	WORD	连接 ID 必须与参数 DB 中相关的 id 参数相同。	1 到 4095 W#16#1 到 W#16#FFF	是
db_param	Input	BLOCK_DB	参数 DB 的编号，包含此 Modbus 块实例的所有连接和 Modbus 数据	取决于 CPU	是
REG_KEY_DB	Input	BLOCK_DB	具有可用于授权的注册表项的数据块	取决于 CPU	否
RECV_TIMEOUT	Input	TIME	链接伙伴接收数据的监视时间 可以设置的最短时间为 20 ms。	T#20ms 到 T#+24d20h31m23s647ms	否
CONN_TIMEOUT	Input	TIME	建立或终止连接的监视时间 可以设置的最短时间为 100 ms。	T#100ms 到 T#+24d20h31m23s647ms	否
DISCONNECT	Input	BOOL	通过该参数，可以控制与 Modbus服务器建立和终止连接： S7 为客户端： TRUE：接收到响应消息后将立即建立连接。 S7 为服务器： TRUE：如果 ENQ_ENR = FALSE，连接将终止。	TRUE FALSE	否
ENQ_ENR	Input	BOOL	S7 为客户端： 在上升沿启动作业 在服务器作出响应或输出错误消息之前，对输入参数所做的更改不会生效。 如果在 Modbus 请求期间再次设置了参数 ENQ_ENR，此后将不会进行任何其它传输。 S7 为服务器： 准备接收 TRUE 信号	TRUE FALSE	否
LICENSED	Output	BOOL	块的授权状态 块已授权 块未授权	TRUE FALSE	否
CONN_ESTABLISHED	Output	BOOL	与链接伙伴的连接已建立 与链接伙伴的连接已终止	TRUE FALSE	否
BUSY	Output	BOOL	编辑 T 函数（TCON、TDISCON、TSEND 或 TRCV）的状态 T 函数正在进行中 T 函数未在进行中	TRUE FALSE	否
DONE_NDR	Output	BOOL	S7 为客户端： TRUE：激活作业完成，且未出现错误。 S7 为服务器： TRUE：已执行来自客户端的请求且已发送响应	TRUE FALSE	否
ERROR	Output	BOOL	FALSE：无错误 TRUE：出错。出错原因由 STATUS 参数指示。	FALSE TRUE	否
STATUS	Output	WORD	错误编号或状态信息	0 到 FFFF	否
STATUS_FUNC	Output	STRING[8]	引起 STATUS 中出现的错误的指令名称	字符	否
IDENT_CODE	Output	STRING[18]	授权的标识号 可以使用该代码请求许可证的注册密钥REG_KEY。	字符	否
Init_Error	Output	BOOL	TRUE：初始化期间出现错误。	TRUE/FALSE	否
Init_Status	Output	WORD	初始化状态	0 到 FFFF	否
UNIT	InOut	BYTE	单元标识符 （INPUT 用于客户端功能，OUTPUT 用于服务器功能）	0 到 255 B#16#0 到 B#16#FF	否
DATA_TYPE	InOut	BYTE	要编辑的数据类型： （客户端功能的 INPUT、服务器功能的 OUTPUT） 线圈 输入 保持寄存器 输入寄存器	1 2 3 4	否
START_ADDRESS	InOut	WORD	MODBUS 起始地址 （客户端功能的 INPUT、服务器功能的 OUTPUT）	0 到 65535 W#16#0000 到 W#16#FFFF	否
LENGTH	InOut	WORD	待处理值的数目（INPUT 用于客户端功能，OUTPUT 用于服务器功能） 线圈 读取功能 写入功能 输入 读取功能 保持寄存器 读取功能 写入功能 输入寄存器 读取功能	1 到 2000 1 到 1968  1 到 2000  1 到 125 1 到 123  1 到 125	否
WRITE_READ	InOut	BOOL	写入访问或 读取访问 （INPUT 用于客户端功能，OUTPUT 用于服务器功能）	TRUE FALSE	否
Init	InOut	BOOL	在上升沿进行初始化	TRUE/FALSE	否

Modbus 地址的解释

MODBUS 数据模型包括以下区域：

线圈

输入

保持寄存器

输入寄存器

部分系统（例如 MODICON PLC）会通过寄存器地址或位地址区分这些存储器。 例如，偏移量为 0 的保持寄存器被称为寄存器 40001（存储器类型 4xxxx，Reference 0001）。

这往往会引起混淆，因为一些手册中描述或表示的是 Application Layers 的寄存器地址，而其它手册使用的是协议中实际传送的寄存器地址/位地址。

MODBUSPN 在其 start、end 和 START_ADDRESS 参数中使用的是实际传送的 Modbus 地址。 也就是说，可通过各个功能代码传送从 0000H 到 FFFFH 的寄存器地址/位地址。

实例

在参数 DB 中可以按十进制或十六进制格式指定 Modbus 地址。

参数	十进制表示法	十六进制表示法	含义
data_type	3	B#16#3	保持寄存器
db	11	W#16#B	DB 11
start	0	W#16#0	起始地址： 0
end	499	W#16#1F3	结束地址：        499
data_type	3	B#16#3	保持寄存器
db	12	W#16#C	DB 12
start	720	W#16#2D0	起始地址： 720
end	900	W#16#384	结束地址：        900

下图显示了 SIMATIC 存储区与按寄存器划分和按位划分的 Modbus 设备存储器分配的对比。 分配基于上述参数分配。

在 Modbus 设备中：

以黑色显示的 Modbus 地址表示Data Link Layer；以灰色显示的地址表示Applikation Layer。

在 SIMATIC 中：

第一列中的 SIMATIC 地址是 DB 中的偏移量。 Modbus 寄存器编号显示在括号中。

 

Modbus 通信的参数分配

无需在网络编辑器中为使用 CPU 的集成 PN 接口的通信组态连接。将利用 TCON 和 TDISCON 指令建立和终止连接。

参数数据块

建立连接和处理 Modbus 消息所需的数据在 PLC 数据类型 MB_PN_PARAM 中定义。此 PLC 数据类型包含连接专用的数据结构和 Modbus 参数结构。 

数据块中每个与通信伙伴的连接都需要一个 PLC 数据类型的实例；可以在其中定义连接参数和 Modbus 参数。可以为各个附加连接扩展数据块，也可以创建新数据块。

该数据块或这些数据块仅用于连接和 Modbus 参数；请勿用其保存任何其它参数。

“MODBUSPN”指令的每个实例都需要一个唯一的连接。为该指令的每个实例创建一个单独的连接描述结构。

Param_DB 结构

“Connection settings”结构中的连接参数

在第一个结构“Connection settings”中，定义连接专用的参数，例如，通信伙伴的本地硬件接口和 IP 地址。指令 TCON 和 TDISCON 使用这些参数来建立或终止连接。

必须严格遵守连接参数块的数据结构，否则无法建立连接。

“Modbus settings”结构中的 Modbus 参数

第二个结构“Modbus settings”中存储操作模式和地址引用所需的数据，例如，数据块中映射的 Modbus 区域和作为 Modbus 服务器或 Modbus 客户端的 S7 的操作模式。必须遵守 Modbus 参数的数据结构，否则将无法正确处理。

组态

有两种组态连接和 Modbus 参数的方式可供选择。

选项：
创建新的全局数据库并将其打开。添加参数并为该参数选择数据类型 MB_PN_PARAM。如果下拉列表中未显示该数据类型，可手动输入。
对于该方式，可在一个数据块中插入多个实例。

选项：
通过“添加新块”(Add new block) 创建新的数据块，并将“类型”(Type) 选择为 MB_PN_PARAM。带有已插入连接和 Modbus 结构的新数据块将打开。

该块为只读。无法添加任何其它参数。可以编辑现有参数。

更改值

不可在运行期间更改参数数据块中的值。更改参数后，必须通过 Init = TRUE 重新初始化块。

“Connection settings”连接参数

参数	说明
block_length	该参数定义连接参数的长度，且无法更改。 固定值：                             W#16#40
id	为每个逻辑连接分配一个新连接 ID。此 ID 在整个 CPU 中必须是唯一的。调用 MODBUSPN 时指定 ID；该 ID 将用于 T 块（TCON、TSEND、TRCV 和TDISCON）的内部调用。 值范围：                           W#16#1 到 W#16#FFF
connection_type	建立连接的连接类型通过 TCON 指令定义。CPU 决定必须要设置的值。 TCP（兼容模式）：      B#16#01 针对 CPU 315 或 317 <= FW V2.3 TCP：                                        B#16#11 针对 CPU 315 或 317 >= FW V2.4、IM 151-8 PN/DP CPU、CPU314C、CPU319、CPU412、CPU414 和 CPU416 该信息可能因固件不同而有所不同。
active_est	该参数表示连接建立类型，主动或被动。Modbus 客户端负责建立主动连接而 Modbus 服务器负责建立被动连接。 主动连接的建立：      TRUE 被动连接的建立：FALSE
local_device_id	local_device_id 定义所用 PN CPU 的 IE 接口。根据不同的 PN CPU 类型，需要不同的设置。
	IM 151-8 PN/DP CPU：   CPU 314C、315 或 317：                             CPU 319：                                                          CPU 412、414 或 CPU 416	B#16#1 B#16#2 B#16#3 B#16#5
local_tsap_id_len	参数 local_tsap_id（= 本地端口号）的长度是特定的。 主动连接的建立：      0 被动连接建立：   2
rem_subnet_id_len	目前尚未使用此参数，必须将其分配为 B#16#0。
rem_staddr_len	指定 rem_staddr 参数的长度，该参数为通信伙伴的 IP 地址。如果要通过未指定的连接进行通信，则不为伙伴指定 IP 地址。 未指定的连接：     B#16#0 指定的连接：          B#16#4
rem_tsap_id_len	此参数指示参数 rem_tsap_id 的长度和远程通信伙伴的端口号。 主动连接的建立：      2 被动连接建立：   0
next_staddr_len	在此处定义参数 next_staddr 的长度。 对于 PN 接口：     B#16#0
local_tsap_id	使用该参数设置本地端口号。表示类型会因 connection_type 参数不同而有所不同。CPU 决定值范围。端口号在 CPU 中必须唯一。
	对于 connection_type B#16#01： local_tsap_id[1]             local_tsap_id[2]              local_tsap_id[3-16]       对于 connection_type B#16#11： local_tsap_id[1]             local_tsap_id[2]              local_tsap_id[3-16]	用十六进制格式表示的端口号low byte 用十六进制格式表示的端口号high byte B#16#00 用十六进制表示的端口号high byte 用十六进制格式表示的端口号low byte B#16#00
rem_subnet_id	目前尚未使用此参数，必须将其分配为 0。
rem_staddr	在此字节数组中输入远程通信伙伴的 IP 地址。使用未指定的连接时，不输入 IP 地址。表示类型取决于 connection_type 参数。示例：IP 地址 192.168.0.1：
	对于 connection_type B#16#01： rem_staddr[1] = rem_staddr[2] = rem_staddr[3] =           rem_staddr[4] = rem_staddr[5-6]= 对于 connection_type B#16#11： rem_staddr[1] = rem_staddr[2] = rem_staddr[3] = rem_staddr[4] =            rem_staddr[5-6]=	B#16#01 (1) B#16#00 (0) B#16#A8 (168) B#16#C0 (192) B#16#00（保留） B#16#C0 (192) B#16#A8 (168) B#16#00 (0) B#16#01 (1) B#16#00（保留）
rem_tsap_id	使用该参数设置remote端口号。表示类型会因 connection_type 参数不同而有所不同。CPU 决定值范围。
	对于 connection_type B#16#01： rem_tsap_id[1]              rem_tsap_id[2]             rem_tsap_id[3-16]       对于 connection_type B#16#11： rem_tsap_id[1] rem_tsap_id[2]             rem_tsap_id[3-16]	用十六进制表示的端口号low byte 用十六进制表示的端口号low byte B#16#00 用十六进制表示的端口号high byte 用十六进制表示的端口号low byte B#16#00
next_staddr	该参数定义所用 CP 的机架和插槽编号。使用 CPU 的集成 PN 接口时，必须将该参数设置为 0。 next_staddr[1-6]           B#16#00
spare	未使用此参数，必须将其设设置为默认值 0。

“Modbus settings”Modbus 参数

参数	说明
server_client	TRUE：              S7 是服务器 FALSE：            S7 是客户端
single_write	在“S7 为客户端”操作模式下，如果参数 single_write = TRUE ，则功能代码 5 和 6 用于执行长度为 1 的写入作业。 如果 single_write = FALSE，则功能代码 15 和 16 用于所有写入作业。
connect_at_startup	指定连接建立的时间。 如果将 connect_at_startup 设置为 TRUE，将在 CPU 重新启动后立即建立连接。此种情况下，只有正确建立连接 (CONN_ESTABLISHED = TRUE) 后才能启动数据请求，否则将在 ERROR 和 STATUS 中显示相应的错误。 FALSE：            如果 ENQ_ENR，则连接建立 设置为TRUE：              重新启动后立即建立连接
八个数据区	S7 存储器中有八个可以用于映射 MODBUS 地址的数据区。必须至少定义第一个数据区，其余七个数据区可选择性定义。根据作业类型，将从数据区读取数据或向其中写入数据。 任何作业都只能从一个 DB 读取数据或向一个 DB 写入数据。访问寄存器或位于多个 DB 中的位值时，即使编号连续无间隔，也将分为两个作业。组态时请务必注意。 一个数据块中可以映射的 Modbus 区（寄存器或位值）数目比一个消息帧可以处理的数目多。
data_type	data_type 参数指定该数据块中映射的 MODBUS 数据类型。如果在 data_type 中输入值 0，则不使用相应的区域。
	标识符 0 1 2 3 4	数据类型 未使用区域 线圈 输入 保持寄存器 输入寄存器	数据宽度 Bit Bit Word Word
db	db 参数指定映射 MODBUS寄存器或下面定义的位值的数据块。DB 编号 0 为系统保留，不允许使用。 DB 编号                             1 到 65535（W#16#0001 到 W#16#FFFF） 数据块必须比已组态数据所需的长度多两个字节。最后的两个字节供内部使用。
start end	start 指定 DB 的数据字 0 中映射的第一个 Modbus 地址。end 参数定义最后一个 MODBUS 地址。 对于寄存器访问，带有最后一个 Modbus 地址输入的 S7 DB 中的数据字编号如下计算： DBW 编号 = (end – start) * 2 对于位访问，带有最后一个 Modbus 地址输入的 S7 DB 中的数据字节编号如下计算： DBB 编号 = (end – start + 7) / 8 定义的数据区不得重叠。end 参数不得小于 start。如果发生错误，指令启动将中止并提示错误。如果两个值相同，则将分配一个 Modbus 地址（1 个寄存器或 1 个位值）。 在 S7 存储器区域映射 MODBUS 地址的示例。 MODBUS 地址                   0 到 65535（W#16#0000 到 W#16#FFFF）
internal_send_buffer	该数组用于发送数据的指令中。不允许访问或更改该区域。
internal_recv_buffer	该数组用于接收数据的指令中。不允许访问或更改该区域。

审核编辑：刘清