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硬件及軟件列表

應用CP341進行 MODBUS協議通信時需要有Dongle的支持。在使用之前先將Dongle安裝在CP341模塊的背面的Dongle插槽中，Dongle和插入Dongle前后的CP341如下圖所示：

長沙玥勵自動化設備有限公司（西門子系統集成商）長期銷售西門子S7-200/300/400/1200PLC、數控系統、變頻器、人機界面、觸摸屏、伺服、電機、西門子電纜等，并可提供西門子維修服務，歡迎來電垂詢 

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圖1

注意：STEP7 V5.X軟件上，必須安裝如下軟件包才可進行后續的組態配置。

• PTP協議軟件包：SIMATIC S7-CP PtP Param V5.1+SP14

• MODBUS主站驅動

• MODBUS從站驅動

組態和配置

1、打開上面創建的項目ptp，用鼠標右鍵點擊項目名稱，選擇Insert New Object-> SIMATIC 300 Station，更改站的名稱為CP341 Modbus-S。

圖2

2、雙擊Hardware進入硬件配置畫面，插入RACK、CPU315-2DP、CP341。

圖3

3、 雙擊CP341模板，點擊Parameter...，配置CP341參數。在Protocol選項中選擇MODBUS Slave。

圖4

4、雙擊Protocol下的信封圖標，配置MODBUS Slave參數，點擊MODBUS-Slave按鈕。

圖5

• 步驟1：設置MODBUS從站地址，本例中設為2；
• 步驟2：設置MODBUS從站波特率，停止位，校驗位等參數；
• 接下來配置功能代碼所表示的參數，具體參見下4圖

5、FC01,05,15：讀取、強制輸出位的狀態；左邊的地址為信息傳送地址，右邊對應西門子的PLC地址區，即左邊地址從0~100對應MODBUS地址區為00001~00101，對應西門子數據區為M0.0~M12.4；101~200對應MODBUS 地址區為00102~00201，對應西門子數據區為Q0.0~Q12.3；從地址201~300，301~400對應Modbus 地址區為00202~00301，00302~00401，對應西門子數據區為Timer，Counter。

圖6

6、FC02讀取輸入數據位的狀態，地址對應如上文所述。

圖7

7、FC03,06,16組態輸出寄存器數據區，對應西門子數據區為DB塊。

圖8

8、FC04組態輸入寄存器數據區，對應西門子數據區同樣是DB塊。

圖9

9、設置寫參數的限制值。

圖10

10、如果選用的是RS422/485接口的CP341時，還需要設置接口類型，如下圖所示，其它參數均采用默認設置。

圖11

11、配置完成后保存時會提示是否裝載驅動。

圖12

12、此時必須連接到實際的PLC，點擊Yes按鈕裝載驅動，裝載時CPU必須為STOP模式。驅動裝載完成后，如果再次裝載，STEP7會提示Driver already exists，配置完成后點擊“編譯保存”按鈕保存編譯硬件組態，并確認沒有錯誤。

圖13

編寫通信程序

1、將FB7，FB8添加到程序Blocks中，方法為雙擊OB1，打開OB1編程畫面，從庫Libraries->CP PtP->CP341中調用發送程序塊FB8和接收程序塊FB7，然后再從OB1中刪除。因為MODBUS從站通訊要用到這兩個功能塊。

2、調用MODBUS從站功能塊FB80，位置在Libraries->Modbus->Modbus ->FB80。分配背景數據塊DB80，將參數LADDR設為硬件組態中的起始邏輯地址256。

圖14

2、調用MODBUS從站功能塊，設置參數。

圖15

3、創建FC03,06,16功能代碼通訊數據塊DB1。

圖16

4、創建FC04功能代碼通訊數據塊DB2。

圖17

設備連接

本文檔使用的CP341的接口是RS232C，因此需要通過標準的RS232C電纜來連接CP341和計算機的串口，具體的電纜連接方法請查看CP341手冊B章節連接電纜部分（見：手冊、文檔和軟件鏈接部分）。

如果使用的CP341是RS485接口的模塊，需要使用RS232C/RS485轉換器。

通信測試

前面使用Step7 V5.5軟件已經將通信CP341的通信工作做完，下面進行通信測試。這里使用串口通訊測試軟件Modscan32軟件來測試CP341和計算機的通信，步驟如下

1、首先將硬件配置和程序下載到CPU315-2DP中。在計算機上打開MODBUS主站仿真軟件Modscan32。

圖18

2、點擊Modscan32上的Connection->Connect，顯示畫面如下，選擇計算機和CP341相連的COM口COM1，設好波特率，數據位，停止位，校驗方式，如下圖：

圖19

3、設置完成，點擊OK，顯示畫面如下。

圖20

4、數據顯示區的10個地址的數據對應CPU中DB1的前10個字（Word）的數值（DBW0–DBW10分別為1-10 ），如下圖。

圖21

5、其它數據的讀取，只需更改訪問的數據類型，此處不再介紹。

6、但要說明一下對于浮點數的顯示，PLC中浮點數的高16位和低16位與Modscan32顯示的相反，即PLC中浮點數的高16位對應Modscan32顯示浮點數的低16位，PLC中浮點數的低16位對應Modscan32顯示浮點數的高16位，可在程序中做一下處理，如下圖：

圖22

此時Modscan32顯示的浮點數40001對應MD200的浮點數值，但MODBUS地址對應DB1.DBD0。

硬件列表

應用CP341進行 MODBUS協議通信時需要有Dongle的支持。在使用之前先將Dongle安裝在CP341模塊的背面的Dongle插槽中，Dongle和插入Dongle前后的CP341如下圖所示。

圖1

組態和配置

1、打開軟件TIA PORTAL STEP7 V13，點擊項目->新建...創建一新項目，項目名稱為341_modbus_Slave。

圖2

2、用鼠標點擊“添加新設備”，選擇SIMATIC S7-300->CPU->CPU 315-2PN/DP->6ES7 315-2EH14-0AB0。

圖3

3、雙擊“設備組態”進入硬件組態界面，導軌RACK和CPU 315-2PN/DP已經存在，只需要插入PS307和CP341。

圖4

4、雙擊CP341模板，進入CP341的屬性框，配置CP341參數。

圖5

5、在“協議”選項中選擇“Modbus從站”。配置Modbus從站通信參數，設定的通信參數要和通訊伙伴的相同。傳輸率（通信波特率）：9600bps，數據位：8位，停止位：1位，奇偶校驗：無，從站站址：2，其他的參數都采用默認設置。

圖6

6、FC01,05,15：讀取、強制輸出位的狀態；分4個范圍，每個范圍前2行地址為信息傳送地址，后2行對應西門子的PLC地址區，即第1范圍從0~15對應MODBUS地址區為00001~00016，對應西門子數據區（標記F.）為M10.0~M11.7；第2范圍從16~31對應MODBUS 地址區為00017~00032，對應西門子數據區（輸出Q.）為Q0.0~Q1.7；第3范圍從地址32~64對應Modbus 地址區為00033~00065，對應西門子數據區（時間T.）為T0~T1；第4范圍從地址64~96對應Modbus 地址區為00065~00097，對應西門子數據區（計數器C.）為C0~C1。

圖7

7、FC02：讀取輸入數據位的狀態，分2個范圍，每個范圍前2行地址為信息傳送地址，后2行對應西門子的PLC地址區，即第1范圍從0~15對應MODBUS地址區為10001~10016，對應西門子數據區（標記F.）為M12.0~M13.7；第2范圍從16~31對應MODBUS 地址區為10017~10032，對應西門子數據區（輸入I.）為I0.0~I1.7。

圖8

8、FC03、06、16：組態保持寄存器數據區，對應西門子數據區為DB塊，即MODBUS保持寄存器地址區的地址40001，對應西門子DB塊的地址DB10.DBW0，依次40002對應DB10.DBW2，往后依次類推。

圖9

9、FC04：組態輸入寄存器數據區，對應西門子數據區同樣是DB塊，即MODBUS輸入寄存器地址區的地址30001，對應西門子DB塊的地址DB11.DBW0，依次30002對應DB11.DBW2，往后依次類推。

圖10

10、設置寫參數的限制值，對寫操作做訪問限制。

圖11

11、如果選用的是RS422/485接口的CP341時，還需要設置接口類型，如下圖所示，其它參數與RS232的設置一樣。

圖12

編寫通信程序

1、在設置功能碼FC03、06、16中，創建DB10滿足設置需要；在設置功能碼FC04中，創建DB11滿足設置需要。這2個數據塊都創建1個數據類型Array的變量，數組元素的數據類型為Word，數量為101。

圖13

2、進入主程序OB1，從通信->通信處理器->MODBUS Slave (RTU)，調用功能塊MODB_341，MODB_341的背景數據塊為DB1。

圖14

關于功能塊MODB_341的管腳說明。

圖15

設備連接

本文檔使用的CP341的接口是RS232C，因此需要通過標準的RS232C電纜來連接CP341和計算機的串口，具體的電纜連接方法請查看CP341手冊B章節連接電纜部分（見：手冊、文檔和軟件鏈接部分）。

如果使用的CP341是RS485接口的模塊，需要使用RS232C/RS485轉換器。

通信測試

前面使用 TIA Step7 軟件已經將通信CP341的通信工作做完，下面進行通信測試。這里使用串口通訊測試軟件Modscan32軟件來測試CP341和計算機的通信，步驟如下

1、將項目程序在線，本示例中手動將M200.1（即：CP_START）置1，M200.2（即：CP_START_FM）和M200.4（即：CP_START_OK）也會為1。

圖16

2、首先將硬件配置和程序下載到CPU315-2DP中。在計算機上打開MODBUS主站仿真軟件Modscan32。

圖17

3、點擊Modscan32上的Connection->Connect，顯示畫面如下，選擇計算機和CP341相連的COM口COM1，設好波特率，數據位，停止位，校驗方式，如下圖。

圖18

4、設置完成，點擊OK，顯示畫面如下。

圖19

5、數據顯示區的10個地址的數據對應CPU中DB10的前10個字（Word）的數值（DBW0–DBW10分別為1-10 ），如下圖。給這10個字賦值1-10。

圖20

6、Modscan32軟件界面03功能碼的地址40001-40010分別顯示1-10的數據。

圖21

Modbus RTU 協議的多站點輪詢（CP341，RS485）

 硬件列表

 組態配置

 編程

 總結

硬件列表

注意：STEP7 V5.X軟件上，必須安裝如下軟件包才可進行后續的組態配置。

• PTP協議軟件包：SIMATIC S7-CP PtP Param V5.1+SP14

• MODBUS主站驅動

• MODBUS從站驅動

組態配置

1、組態CPU及CP341，如圖1將CP341邏輯地址設為256。

圖1

2、設置Modbus總線傳輸速率和幀字符結構

雙擊CP341->Parameters－>Protocol中選擇Modbus Master；雙擊信封Protocol，選擇Modbus Master設置總線傳輸速率和幀字符結構以及，其它從站的設置必須和主站設置一致。如圖，本例傳輸速率為9.6Kbit/s，幀字符1-8-e-1，即1位起始位，8位數據位，偶校驗，1位停止位。

圖2

3、設置電氣接口

選擇半雙工RS 485，接收端初始狀態按圖3設置，各從站的接口電氣標準應和主站一致，如圖，具體配置步驟請參考手冊《CP340/341/440/441通訊及編程》。

圖3

編程

1、創建發送數據塊DB1

如圖，定義Modbus功能碼03的數據格式，更多功能碼格式參考手冊《以用于 PtP CP MODBUS 協議 RTU 格式 S7 的 SIMATIC 可加載驅動程序為主站》

圖4

2、創建接收數據DB

在此共建立了2個DB（DB4,DB5）分別存放來自兩個從站的數據，每個DB分配了一個0～1000個字的整型數組如圖。

圖5

3、創建輪詢功能塊FC1

設置指令計數器（MW2），如圖，本例中設置為2，即2兩條指令。

圖6

根據指令計數器值構造發送指令并指定接收緩沖區。如圖，指令計數器數值為1，構造的發送指令為訪問1號從站，功能碼03，起始地址0（對應Modbus地址40001），4個寄存器；接收緩沖區為數據塊DB4，起始地址為0。

圖7

如圖，指令計數器數值為2，構造的發送指令為訪問2號從站，功能碼03，起始地址0（對應Modbus地址40001），4個寄存器；接收緩沖區為數據塊DB5，起始地址為2。

圖8

為了實現數據發送和接收，FC1中還必須調用CP341發送FB8 和接收FB7 功能塊。

圖9

FB8參數說明表

圖10

FB7參數說明表

CP341 Modbus RTU主站輪詢從站過程：以功能碼03（Function Code 03）為例，正常情況下REQ(M0.0)檢測到一個上升沿時，FB8啟動發送作業，從站收到主站請求后發送響應數據，FB7將從站響應的數據送回給CPU處理，發送作業完成位DONE(M0.1)置位，同時指令計數器MW2加1，構造下條指令,傳遞到發送DB中（DB1.DBB0～DB1.DBB5），更新下一條指令的接收區地址(MW4,MW6)同時觸發REQ上升沿,啟動一個新的發送作業。

圖11

同樣以功能碼03（Function Code 03）為例，在故障情況下，FB8發送功能無法完成，ERROR置位，那么判斷該次發送作業失敗，更新發送區地址和接收區地址啟動下一個發送作業。如果FB8的DONE和ERROR由于某些故障都無法置位，那么通訊將處于死鎖狀態，所以在啟動發送作業同時啟動超時定時器t0（本例中超時定時器時間設為2100ms），即定時器計時結束時DONE或ERROR仍然沒有置位，那么判斷該次發送作業失敗，更新發送區地址和接收區地址啟動下一個發送作業。

如圖所示，主站向Slave1發送請求指令，由于1號從站斷線故障，從站沒有收到主站請求，也無法返回主站需要的數據，當預設的從站響應時間t（如圖11，t=2000ms）超時，發送功能塊ERROR（M0.2）置位，主站判斷本條指令失敗，同時發起下一條指令作業（Function Code 03）訪問Slave2，Slave2收到主站請求后，將響應數據返回給主站CP341，主站再通過FB7將從站接收到的數據保存到指定位置，發送功能塊DONE（M0.1）置位，同時觸發下一次發送作業。

圖12

需要注意的是超時定時器時間(t0)必需大于預設的從站響應時間t，而預設的從站響應時間應大于等于主站發出請求到接收到從站響應數據的時間最大值(tn，n=1,2)，即t0 ＞ t ≥ Max(t1,t2)，如圖。

圖13

4、在OB1中調用輪詢功能塊FC1

圖14

總結

本文檔所提供的例程適用于CP341作為Modbus主站輪詢訪問多個從站，根據實際需要構造不同功能碼指令，可讀寫不同的從站的不同地址空間。本例對通訊故障時的處理方式是簡單的放棄當前作業，并觸發下一個作業，實際運用中可根據實際情況判斷是否需要重發或進行其他故障處理。

串口通信故障診斷

如果串口通訊發生故障，為了能快速定位發生的所有錯誤， 可以通過以下常用方法診斷通信模塊的故障：

 通過模塊的指示燈進行診斷；

 通過功能塊的 STATUS 輸出進行診斷；

 通過模塊的診斷緩沖區進行診斷；

模塊指示燈

CP340/341/440/441 模塊都有數據交換的指示燈：Txd和Rxd。

• Txd（綠色）:模塊通過接口向外發送數據；

• Rxd（綠色）:模塊通過接口接收外部發來的數據；

故障指示燈各模塊不相同，詳細如下。

CP340/341模塊的故障指示燈

組報警 SF 燈（紅色常亮）:組報警 LED SF 始終會在通電后亮起，在初始化后熄滅。 如果已為 CP340/341 生成了參數化數據，則 SF LED 會在重新參數化期間再次短暫亮起。

如果發生以下哪種情況，組報警 LED SF 都將亮起：

• 硬件故障；

• 固件錯誤；

• 參數分配出錯或者不存在參數分配；

• 斷路（模塊和通訊伙伴之間的接收電纜斷開）。

CP440/441模塊的故障指示燈

組錯誤顯示：

• INTF（紅色）:內部錯誤；

• EXTF（紅色）:外部錯誤。

接口故障顯示：

• FAULT（紅色）:接口錯誤。

CP440 故障指示燈的錯誤消息，如圖 1 所示。

圖1 CP440 故障指示燈的錯誤消息

CP441 故障指示燈的錯誤消息，如圖 2 所示。

圖2 CP441 故障指示燈的錯誤消息

通信功能塊的 STATUS 診斷信息

CP 340/CP341/CP440 通訊功能塊的 STATUS 信息

FB 的 STATUS 輸出:

• 功能塊（CP340:P_SEND 和 P_RCV；CP341：P_SND_RK 和 P_RCV_RK；CP440：SEND_440 和 RECV_440）均有一個用于錯誤診斷的 STATUS 輸出，讀取功能塊的 STATUS 輸出就可以明了有關通訊期間發生的錯誤的信息， 可以在用戶程序中解釋 STATUS 輸出。

• 模塊還會將位于 STATUS 輸出上的診斷事件輸入至模塊的診斷緩沖區。

注意：功能塊的 STATUS、ERROR、DONE 和 NDR 等狀態僅保持一個掃描周期，然后清零，需要客戶編程讀出判斷。

STATUS 參數的結構，如圖 3 所示：

圖3 STATUS 參數的結構

CP340 功能塊的 STATUS 事件類別和事件編號鏈接。

CP341 功能塊的 STATUS 事件類別和事件編號鏈接。

CP440 功能塊的 STATUS 事件類別和事件編號鏈接。

CP 441 通訊功能塊的 STATUS 信息

SFB 的 STATUS 輸出：

• 系統功能塊（SFB12/SFB13）都有一個用于錯誤診斷的 STATUS 輸出。 讀取系統功能塊的 STATUS 輸出，就可以了解有關在 CP 441 和分配的 CPU 之間進行通訊時發生的錯誤的常規信息， 可以在用戶程序中解釋 STATUS 參數。

SFB12 的錯誤信息，如圖 4 所示。

圖4 SFB12 的錯誤信息

SFB13 的錯誤信息，如圖 5 所示。

圖5 SFB13 的錯誤信息

通信模塊的診斷緩沖區

通訊模塊有自己的診斷緩沖區，模塊的所有診斷事件都按事件發生的順序輸入診斷緩沖區。

在診斷緩沖區中會顯示以下內容：

• 模塊的工作狀態；

• 模塊上的硬件/固件錯誤；

• 初始化和參數錯誤；

• 執行 CPU 請求期間出現的錯誤；

• 數據傳輸錯誤（接收和發送錯誤）。

模塊的診斷緩沖區特點：

• 是環形緩沖，診斷緩沖區已滿后，在其中生成新條目的同時會刪除最老的條目，這樣，最新條目始終在最頂部；
• 最多可容納診斷條目（CP340/341:9個；CP440:10個；CP441:64個）；
• 關閉電源或重新分配模塊的參數，診斷緩沖區中的內容丟失。