. 概述
在現(xiàn)場應用中，很多儀表和設備僅支持Modbus RTU的通訊協(xié)議，第三方儀表可以做Modbus主站或從站，西門子的通訊模塊CP341 / CP441-2 通過Dongle（硬件狗）可以擴展該協(xié)議，S7-200 集成的口可以支持自由口通訊，通過指令庫也可以方便的實現(xiàn)Modbus RTU通訊。本文以S7-200作為Modbus 主站，CP341作為Modbus 從站，實現(xiàn)Modbus RTU通訊，闡述兩者在通訊方面的設置和注意事項。

2. 軟件環(huán)境

2.1 STEP7 V5.4 SP4
用于編寫 S7-300/400程序，此軟件需要從西門子購買，本文檔中的300的程序是使用Step7 V5.4 SP4的軟件編寫。

2.2 CP PTP Param V5.1 SP11
串行通訊模板的驅動程序，安裝此驅動后才能對PtP模板進行參數(shù)配置，并在Step7中集成通訊編程需要使用的功能塊。此驅動隨購買模板一起提供，也可以從以下的鏈接：27013524

2.3 CP PTP Modbus Slave V3.1 SP7
CP341或CP441-2用于Modbus從站時，需要安裝此驅動協(xié)議，但安裝之前必須先安裝PtP Driver，此驅動可以在購買Modbus Dongle時選擇購買，也可以從以下的鏈接：27774276

2.4 STEP7 Micro/WIN V4.0 SP6
用于S7-200編程的軟件，本文檔中的200的程序是使用Step7 Micro/win 的軟件編寫。此軟件可以從西門子中心，也可以從以下的鏈接。
https://www.ad.siemens.com.cn/download 網(wǎng)站 自動化系統(tǒng)>>S7-200>>軟件，文檔編號S0002。

2.5 Toolbox_V32-STEP 7-Micro WIN 32 Instruction Library
S7-200實現(xiàn)Modbus RTU功能，可以使用Modbus的指令庫，要使用西門子的標準指令庫，必須先安裝指令庫的軟件包 Instruction Library，安裝后，可以在Step 7-Micro/WIN軟件的庫中找到Modbus相關的指令，該軟件包可以從以下的鏈接。https://www.ad.siemens.com.cn/download 網(wǎng)站 自動化系統(tǒng)>>S7-200>>軟件，文檔編號S0010。

3. 硬件列表和接線

3.1 硬件列表

表1 硬件設備

3.2 硬件接線

3.2.1 接口定義
S7-200的通訊口為RS485物理口（9針口），CP341是RS422/485的接口類型（15針口），兩種設備的接口引腳的示意圖如下所示，更詳細的信息可以參考CP341及S7-200通信接口的手冊。

圖1 S7-200 CPU通信口引腳定義

圖2 S7-300 CP341 RS422/485 通訊口引腳定義

3.2.2 接線示意圖

圖3 硬件結構和接線示意圖

4. 組態(tài)設置和編程

4.1 S7-200做Modbus主站的設置
S7-200 CPU上的通信口在電氣上是標準的RS-485半雙工串行通信口，此串行字符通信的格式：1個起始位；7/8位數(shù)據(jù)位；1位奇/偶/無校驗；1停止位。通信波特率可以設置為1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或112500，符合這些格式的串行通訊設備可以和S7-200進行自由口通訊，Modbus RTU指令庫就是使用自由口編程實現(xiàn)的。

4.1.1 Modbus RTU主站庫

使用Modbus 主站指令庫時需要注意的幾點：

• 需要S7-200的編程軟件是 Micro/WIN V4.0 SP5及以上版本；

• Modbus RTU 主站庫對CPU的版本有要求，CPU 的版本必須為 2.00 或者 2.01（即訂貨號為 6ES721*－***23-0BA*）；

• Modbus主站可讀/寫的數(shù)據(jù)量為120個字（指每一個 MBUS_MSG 指令）；

• Modbus 主站庫支持Port0和Port1（從站庫只支持Port0口），本例中用Port0；

• 使用Modbus 庫時必須對庫存儲區(qū)進行分配，見下圖設置，而且分配的空間不能和程序中其它空間沖突，否則編譯調用會報錯。

圖4 庫存儲區(qū)設置

• Modbus主站庫支持的功能碼和地址對應關系：
   

  Modbus 地址	讀 / 寫	Modbus 從站須支持的功能
  00001~09999	讀	功能1：讀輸出點
  數(shù)字量輸出	寫	功能5：寫單個輸出點
  		功能15：寫多個輸出點
  10001~19999	讀	功能2：讀輸入點
  數(shù)字量輸入
  30001~39999	讀	功能4：讀輸入寄存器
  輸入寄存器
  40001~49999	讀	功能3：讀保持寄存器
  保持寄存器	寫	功能6：寫單個寄存器
  		功能16：寫多個寄存器

  表2需要從站支持的功能

4.1.2 S7-200 Modbus主站編程
編程時，使用SM0.0調用MBUS_CTRL完成主站的參數(shù)初始化，詳細見下表，參數(shù)的說明也可以從子程序的局部變量表中找到。

圖5 Modbus RTU 主站初始化

圖中各參數(shù)含義如下

表3

調用 Modbus RTU 主站讀寫子程序MBUS_MSG，發(fā)送一個Modbus 請求。

圖6 調用Modbus RTU 主站讀寫子程序

圖中各參數(shù)含義如下

表4

從上圖中可見，S7-200作為Modbus RTU主站，波特率9.6Kb/s，偶校驗，連接從站的站地址是3，數(shù)據(jù)存儲區(qū)為VB2000開始的區(qū)域。

4.2 CP341 做Modbus 從站的硬件組態(tài)

4.2.1 硬件組態(tài)

圖7 S7-300側硬件組態(tài)

4.2.2 設置Modbus參數(shù)

圖8 消息楨字符結構

按照上述操作設置參數(shù)，從上圖可以看出，本例中的傳輸波特率9.6Kb/s，1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，偶校驗位，1位停止位，從站站地址是3，主從通訊設備的字符幀格式和波特率等參數(shù)設置需要一致。

圖9 RS422/485 接口組態(tài)

RS422/485接口只能一個有效，接口的選擇只需要組態(tài)而不需要在硬件上短接。

4.2.3 Modbus驅動的
當配置好Modbus通信的參數(shù)后，保存前需要向CP341Modbus Slave的驅動，一旦完成后無需再次。
需要注意的是，在驅動時（可以在無Dongle情況下），需要將CPU停機，然后，操作過程如下所示。

圖10 Dongle時，需要CPU停機

圖11 從站驅動后結果

4.2.4 CP341做Modbus從站的編程
從Step7 軟件下的EXAMPLE目錄中，找到項目名“zXX21_05_PtP_Com_MODSL”的項目，打開，然后將Modbus通訊模塊FB80傳遞到用戶項目中，打開路徑如下所示。

圖12 Modbus Slave 例程打開路徑

OB1中調用FB80編程如下：

圖13 FB80程序塊調用

CP卡初始化正常后，CP_START，CP_START_FM和CP_START_OK為1信號，否則CP_START_ERROR為1，同時可以從ERROR_NR察看錯誤信息，也可以在硬件組態(tài)中在線后的CP341的診斷緩沖區(qū)察看詳細的錯誤信息，錯誤信息對照和處理方式可以參考
《S7-300以用于PtP CP Modbus 協(xié)議RTU格式S7的可裝載驅動程序為從站》的手冊。

FB80的各參數(shù)含義如下

表5

5. 通訊測試
Modbus RTU格式通信協(xié)議是以主從的方式進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)模趥鬏數(shù)倪^程中主站是主動方，即主站發(fā)送數(shù)據(jù)請求報文到從站，從站返回響應報文。Modbus 系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換是通過功能碼來控制的，以下對現(xiàn)場常用的功能碼進行分類測試，關于功能碼的詳細信息請參考手冊。

5.1 FC01/05/15功能碼西門子CPU SR60
CP341從站的通訊區(qū)域配置

圖14 FC01/05/15 參數(shù)組態(tài)界面

FC01、FC05、FC15對應的數(shù)據(jù)區(qū)為位輸出，數(shù)據(jù)的傳遞以位為單位，可以讀寫操作，用戶地址區(qū)為0xxxx，Modbus地址在信息傳遞中從0開始。如上圖，左邊為信息傳遞地址（地址區(qū)不能沖突），右邊對應的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū)。例如左邊信息傳遞地址從0 ~ 7對應用戶地址區(qū)為00001 ~ 00008，對應S7-300的M10.0 ~ M10.7，并且以此為例說明FC01功能碼的通訊。
S7-200主站程序調用

圖15 功能碼FC01使用

S7-200主站，用功能碼FC01讀取從站8點數(shù)字量輸出，接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域，測試截圖結果如下。

圖16 FC01功能碼數(shù)據(jù)交換

5.2 FC02功能碼
CP341從站的通訊區(qū)域配置

圖17 FC02 參數(shù)組態(tài)界面

FC02對應的數(shù)據(jù)區(qū)為位輸出，數(shù)據(jù)的傳遞以位為單位，只讀操作，用戶地址區(qū)為1xxxx，Modbus地址在信息傳遞中從0開始，如上圖，左邊為信息傳遞地址（地址區(qū)不能沖突），右邊對應的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū)。例如左邊信息傳遞地址從0 ~ 7對應用戶地址區(qū)為10001 ~ 10008，對應S7-300的M20.0 ~ M20.7，并且以此為例說明FC02功能碼的通訊。
S7-200主站程序調用

圖18 功能碼FC02使用

S7-200主站，用功能碼FC02讀取從站8點數(shù)字量輸入，接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域，測試截圖結果如下。

圖19 FC02功能碼數(shù)據(jù)交換

5.3 FC03/06/16 功能碼
CP341從站的通訊區(qū)域配置

圖20 FC03/06/16參數(shù)組態(tài)界面

FC03/06/16 對應的數(shù)據(jù)區(qū)為寄存器，數(shù)據(jù)的傳遞以字為單位，可以讀寫操作，用戶地址區(qū)為4xxxx，Modbus地址在信息傳遞中從0開始。如上圖，左邊為信息傳遞地址，右邊對應的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū)，左邊傳輸?shù)刂凡豢筛?，右邊只對應一個數(shù)據(jù)區(qū)。例如用戶地址
區(qū)為40001 ~ 40004，對應S7-300數(shù)據(jù)區(qū)為DB1.DBW0 ~ DB1.DBW6，并且以此為例說明
FC03功能碼的通訊。
S7-200主站程序調用

圖21功能碼FC03使用

S7-200主站，用功能碼FC03讀取從站4個字寄存器，接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域，測試截圖結果如下。

圖22 FC03功能碼數(shù)據(jù)交換

5.4 FC04 功能碼
CP341從站的通訊區(qū)域配置

圖23 FC04參數(shù)組態(tài)界面

FC04對應的數(shù)據(jù)區(qū)為寄存器輸入，數(shù)據(jù)的傳遞也以字為單位，只讀操作，用戶地址區(qū)3xxxx，Modbus地址在信息傳送中從0開始。如上圖，左邊為信息傳遞地址，右邊對應的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū)，左邊傳輸?shù)刂凡豢筛?，右邊只對應一個數(shù)據(jù)區(qū)。例如用戶地址區(qū)為30001 ~ 30004，對應S7-300數(shù)據(jù)區(qū)為DB1.DBW0 ~ DB1.DBW6，并且以此為例說明FC04功能碼的通訊。
S7-200主站程序調用

圖24功能碼FC04使用

S7-200主站，用功能碼FC04讀取從站4個字輸入寄存器，接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域，測試截圖結果如下。

圖25 FC04功能碼數(shù)據(jù)交換

5.5 Limits 欄

圖26 Limits 參數(shù)組態(tài)界面

對于寫功能碼FC05、06、15、16，可以禁用或限制訪問相關S7-300存儲區(qū)，即使用這些功能碼時，S7-300存儲區(qū)需要在設定的小和的范圍之間，如果訪問的區(qū)域超出這個范圍，則訪問會被拒絕，同時輸出報錯誤信息。

西門子網(wǎng)卡及電纜

6ES7 972-0CB20-0XA0 西門子USB接口編程適配器（USB接口編程電纜）

6ES7 972-0CB35-0XA0 西門子TS適配器II 用于調制解調器遠程服務

6ES7 972-0CC35-0XA0 西門子TS適配器II 用于ISDN 遠程服務

6GK1 561-1AA01 西門子CP5611網(wǎng)卡(PCI總線軟卡,支持MPI,PPI,PROFIBUS-DP)

6GK1 551-2AA00 西門子CP5512網(wǎng)卡(PCMCIA總線軟卡,支持MPI,PPI,PROFIBUS-DP,筆記本電腦用，32BIT)

6GK1 561-3AA01 西門子CP5613網(wǎng)卡(PCI總線硬卡,支持PROFIBUS-DP主站)

6GK1 561-3FA00 西門子CP5613光纖網(wǎng)卡(PCI總線硬卡,支持PROFIBUS-DP主站

6GK1 561-4AA01 西門子CP5614網(wǎng)卡(PCI總線硬卡,支持PROFIBUS-DP主站/從站)

6GK1 561-4FA00 西門子CP5614光纖網(wǎng)卡(PCI總線硬卡,支持PROFIBUS-DP主站/從站)

6GK1562-1AA00 西門子CP5621通訊卡             貨期8周

6GK1571-1AA00 西門子CP5711卡  USB接口  和9針插口

6FX800開頭 西門子是動力電纜跟信號電纜

6XV1 840-2AH10 西門子4芯電纜 網(wǎng)線

6FC5210-0DF22-2AA0 西門子PCU50

6XV1 830-0PBH30 西門子TD / OP 與 S5-90U 至 -155U 的電纜 6XV1 440-2A

6XV1 830-0EH10 西門子PROFIBUS通訊電纜

6XV1 830-3EH10 西門子西門子拖纜

6XV1 830-0AH10 西門子DP電纜

6XV1 820-5AH10 西門子光纖電纜(米)

6XV1 820-5BH50 西門子光纖電纜 含BFOC (5米)

6XV1 820-5BT10 西門子光纖電纜 含BFOC (100米)

6GK1 901-0DA20-0AA0 西門子BFOC接頭（每包20只）

6ES7 901-0BF00-0AA0 西門子5米MPI電纜  9針插頭   PLC通訊電纜

6ES7 901-1BF00-0XA0 西門子RS232電纜

西門子鏈接模板

6GK1 415-2AA01 西門子DP-AS-i 網(wǎng)關 IP20

6GK1 415-0AA01 西門子DP-EIB 網(wǎng)關

6ES7 158-0AD01-0XA0 西門子DP/DP 耦合器 

6ES7 157-0AC83-0XA0 西門子DP/PA 耦合器 ，非本安區(qū)

6ES7 157-0AD82-0XA0 西門子DP/PA 耦合器 ，本安區(qū)

6XV1 830-5EH10 西門子PROFIBUS FC 過程電纜( 易爆區(qū) )

6XV1 830-5FH10 西門子PROFIBUS FC 過程電纜( 非易爆區(qū) )

6ES7 195-7HF80-0XA0 西門子DP/PA耦合器有源總線單元

6GK1 905-0AA00 西門子SpliTConnect分接頭（10件）

6GK1 905-0AD00 西門子SpliTConnect終端(Ex)（5件）

6GK1 905-0AB10 西門子SpliTConnect M12輸出端（5件）

6GK1 905-0AC00 西門子SpliTConnect 耦合器（10件）

西門子總線連接器

6GK1 905-6AA00 西門子快速剝線工具6ES7972-0CB20-0XA0

6ES7 972-0BA50-0XA0 西門子快速連線網(wǎng)絡接頭（不帶編程口）升級：6ES7972-0BA52-0XA0

6ES7 972-0BB50-0XA0 西門子快速連線網(wǎng)絡接頭（帶編程口）升級：6ES7972-0BB52-0XA0

6ES7 972-0BA12-0XA0 西門子90度網(wǎng)絡接頭（不帶編程口）

6ES7 972-0BB12-0XA0 西門子90度網(wǎng)絡接頭（帶編程口）

6ES7 972-0BA41-0XA0 西門子35度網(wǎng)絡接頭（不帶編程口）升級為：6ES7 972-0BA42-0XA0

6ES7 972-0BB41-0XA0 西門子35度網(wǎng)絡接頭（帶編程口）升級為：6ES7 972-0BB42-0XA0

6GK1 500-0EA02 西門子無角度網(wǎng)絡接頭（不帶編程口）

6GK1 500-0FC00 西門子無角度快速連線網(wǎng)絡接頭（不帶編程口）

網(wǎng)絡部件

6ES7 972-0AA01-0XA0 西門子12M PROFIBUS 中繼器 IP20

6ES7 972-0AB01-0XA0 西門子12M PROFIBUS 診斷中繼器

6ES7 972-0DA00-0AA0 西門子有源終端元件

6ES7 972-4AA02-0XA0 西門子電源導軌輔助裝置 導軌信號放大器

6GK1 500-3AA00 西門子光纖總線端子OBT

6GK1 503-0AA00 西門子紅外線鏈接模塊 ILM

6GK1 503-3CA00 西門子PROFIBUS OLM/P12 （1個RS485接口，兩個BFOC）

6GK1 503-2CB00 西門子PROFIBUS OLM/G11 （1個RS485接口，兩個BFOC）

6GK1 503-3CB00 西門子PROFIBUS OLM/G12 （1個RS485接口，四個BFOC）

6GK1 503-3CC00 西門子PROFIBUS OLM/G12-1300 （1個RS486接口，四個BFOC）

6ES7 181-0AA01-0AA0 西門子BT200 硬件測試裝置

6ES7 193-8MA00-0AA0 西門子BT200 記錄軟件套裝 Win95/98/NT

6ES7 193-8LA00-0AA0 西門子充電器  BT200 230V

6ES7 193-8LB00-0AA0 西門子充電器  BT200 110V

西門子工業(yè)以太網(wǎng)

西門子網(wǎng)卡及電纜：

6GK1 161-3AA01 西門子CP1613網(wǎng)卡(以太網(wǎng)10M/100M自適應,PCI總線硬卡）

6GK1 161-2AA00 西門子CP1612網(wǎng)卡(以太網(wǎng)10M/100M自適應,PCI總線）

6GK1 161-6AA00 西門子CP1616網(wǎng)卡（32位，33/66M，4個接口，PCI總線）

6GK1 151-2AA00 西門子CP1512網(wǎng)卡(10M/100M以太網(wǎng),PCMCIA筆記本用)

6GK1 151-5AA00 西門子CP1515網(wǎng)卡(11M無線以太網(wǎng),PCMCIA筆記本用)

6GK1 611-0TA01-1DV0 西門子MOBIC T8 V1.2

6XV1 850-0AH10 西門子ITP標準工業(yè)以太網(wǎng)通訊電纜 (米)

6XV1 850-0BT10 西門子ITP標準工業(yè)以太網(wǎng)電纜 (100米) 9/15

6XV1 850-0BN15 西門子ITP標準工業(yè)以太網(wǎng)電纜 (15米) 9/15

6XV1 870-3QN10 西門子TP轉接軟線RJ45/RJ45，10米

6XV1 850-0BH20 西門子ITP標準工業(yè)以太網(wǎng)電纜 (2米) 9/15

6XV1 840-2AH10 西門子FC標準工業(yè)以太網(wǎng)通訊電纜 (米)

6XV1 850-2LN10 西門子TP轉接軟線15/RJ45，10米

6XV1 850-2GN10 西門子TP轉接軟線RJ45/RJ45，10米

6XV1 850-2JN10 西門子TP轉接軟線9/RJ45，10米

6XV1 850-2HN10 西門子TP XP 轉接軟線RJ45/RJ45，10米

6GK1 901-1FC00-0AA0 西門子FC引出插座RJ45

西門子SCALANCE X005入門級交換機

6GK5 005-0BA00-1AA3 西門子X005(五個RJ45口)

6GK5 005-0BA00-1CA3 西門子X005(五個RJ45口),工作溫度-40至70攝氏度

西門子SCALANCE X100非網(wǎng)管型交換機

6GK5 104-2BB00-2AA3 西門子X104-2(四個RJ45口，兩個BFOC)

6GK5 106-1BB00-2AA3 西門子X106-1(六個RJ45口，一個BFOC)

6GK5 108-0BA00-2AA3 西門子X108(八個RJ45口)(星型連接）

6GK5 112-2BB00-2AA3 西門子X112-2(12個RJ45口，2個BFOC)

6GK5 116-0BA00-2AA3 西門子X116(16個RJ45口)(星型連接）

6GK5 124-0BA00-2AA3 西門子X124(24個RJ45口)(星型連接）

西門子SCALANCE X200網(wǎng)管型交換機   

6GK5 204-2BB00-2AA3 西門子X204-2(四個RJ45口，兩個BFOC，PROFINET)

6GK5 206-1BB10-2AA3 西門子X206-1(六個RJ45口，一個BFOC，PROFINET)

6GK5 208-0BA10-2AA3 西門子X208(八個RJ45口,PROFINET）

6GK5 208-0HA00-2AA6 西門子X208PRO （八個RJ45口，防護等級：IP65）

6GK5 216-0BA00-2AA3 西門子X216(16個RJ45口,PROFINET）

6GK5 224-0BA00-2AA3 西門子X224(24個RJ45口,PROFINET）

6GK5 204-0BA00-2BA3 西門子X204IRT （四個RJ45口）

6GK5 202-2BB00-2BA3 西門子X202-2IRT （二個RJ45口，兩個BFOC）