西门子6ES7223-1HF22-0XA8介绍说明

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一、概述

很多自动化工程师在实际应用中使用组态软件与plc进行modbus通讯，组态软件作为主站plc作为从站。组态软件来采集plc数据使用这种方式是比较常见的。但是反向的利用modbus协议让plc去读组态软件里的数据确有着特殊的意义，在某些工控场合也是很好解决方案。紫金桥软件在组态软件行业里首先推出了modbusserver，既紫金桥modbusserver可以作为modbus从机为其他软件和硬件设备提供数据，在这篇文章中对此功能我们详细地加以介绍。

二、s7-200modbus主站的实现

1、s7-200modbus 通信协议介绍

modbus 是一种单主站的主/从通信模式。modbus 网络上只能有一个主站存在，主站在 modbus网络上没有地址，从站的地址范围为 0 - 247，其中 0 为广播地址，从站的实际地址范围为 1 - 247。在 s7-200 cpu通信口上实现的是 rs485 半双工通信，使用的是 s7-200 的自由口能。s7-200支持 modbus 通信协议： s7-200cpu 上的通讯口 0 和 1 （port 0 和 port 1）通过指令库支持 modbus rtu 主站模式。

2、s7-200modbus主站的配置

西门子在 micro/win v4.0 sp5 中正式推出 modbus rtu 主站协议库（西门子标准库指令）。要使用 modbusrtu 主站指令库，须遵循下列步骤：

⑴安装西门子标准指令库

⑵按照要求编写用户程序调用 modubs rtu 主站指令库 modbus rtu 主站功能编程使用 sm0.0 调用mbus_ctrl 完成主站的初始化，并启动其功能控制：

具体参数的解释如下：

en使能：必须保证每一扫描周期都被使能（使用sm0.0)

mode模式：常为1，使能 modbus 协议功能；为0 时恢复为系统 ppi 协议

baud波特率：设为9600，要与从站波特率对应

parity校验：校验方式选择 0＝无校验

timeout超时：主站等待从站响应的时间，以毫秒为单位，典型的设置值为1000毫秒（1秒），允许设置的范围为1－32767。注意：这个值必须设置足够大以保证从站有时间响应。

done完成位：初始化完成，此位会自动置1。可以用该位启动 mbus_msg 读写操作

error初始化错误代码（只有在 done 位为1时有效）：

0＝无错误

1＝校验选择非法

2＝波特率选择非法

3＝模式选择非法

⑶调用 modbus rtu 主站读写子程序mbus_msg，发送一个modbus 请求；

如图1所示，具体参数设置如下：

slave从站地址：可选择的范围 1－247

rw读写操作：0＝读， 1＝写

注意：1. 开关量输出和保持寄存器支持读和写功能

2. 开关量输入和模拟量输入只支持读功能

addr读写从站的数据地址：选择读写的数据类型 00001至0xxxx－开关量输出10001至1xxxx－开关量输入

30001至3xxxx－模拟量输入

40001至4xxxx－保持寄存器

count通讯的数据个数（位或字的个数）

注意： modbus主站可读/写的大数据量为120个字（是指每一个 mbus_msg 指令）

dataptr数据指针：1. 如果是读指令，读回的数据放到这个数据区中

2. 如果是写指令，要写出的数据放到这个数据区中

done读写功能完成位

图1西门子modbus rtu 主站协议库

三、紫金桥软件modbus从站的实现

1、紫金桥modbusserver的设置

modbus 服务器可以把紫金桥数据库中的点映射为modbus 设备的hr寄存器，当前版本为3.0，支持串口和tcp/ip访问方式，支持hr区的读和写方式。也就是说支持03、06、16 号命令。

具体操作是先在紫金桥软件的安装目录中找到 modbusserset.exe并运行。其中左侧为变量配置显示区，它分为三列，分别是序号、数据库位号和modbus地址。后两列的意义是把某一个数据库位号和一个modbus地址建立映射关系。然后再调出系统设置对话框配置从机地址、串口等参数或以太网端口号、数据格式等。

2、通讯过程

配置完成后，先运行紫金桥软件然后在紫金桥软件的安装目录中找到 modbusserver.exe 并运行。

从上面的通讯过程看到，s7-200与紫金桥modbus server通讯的响应速度为毫秒级的

个人计算机（以下简称pc）具有较强的数据处理功能，配备着多种语言，若选择适当的操作系统，则可提供优良的软件平台，开发各种应用系统，特别是动态画面显示等。随着工业pc的推出，pc在工业现场运行的可靠性问题也得到了解决，用户普遍感到，把pc连入plc应用系统可以带来一系列的好处。

   1.pc与plc实现通信的意义

    把pc连入plc应用系统具有以下四个方面作用：

   1）构成以pc为上位机，单台或多台plc为下位机的小型集散系统，可用pc实现操作站功能。

   2）在plc应用系统中，把pc开发成简易工作站或者工业终端，可实现集中显示、集中报警功能。

   3）把pc开发成 plc编程终端，可通过编程器接口接入plc，进行编程、调试及监控。

4）把pc开发成网间连接器，进行协议转换，可实现plc与其它计算机网络的互联。

2.pc与plc实现通信的方法

把pc连入plc应用系统是为了向用户提供诸如工艺流程图显示、动态数据画面显示、报表编制、趋势图生成、窗口技术以及生产管理等多种功能，为plc应用系统提供良好、物美价廉的人机界面。但这对用户的要求较高，用户必须做较多的开发工作，才能实现pc与plc的通信。

为了实现pc与plc的通信，用户应当做如下工作：

    1）判别pc上配置的通信口是否与要连入的plc匹配，若不匹配，则增加通信模板。

   2）要清楚plc的通信协议，按照协议的规定及帧格式编写pc的通信程序。plc中配有通信机制，一般不需用户编程。若plc厂家有plc与pc的专用通信软件出售，则此项任务较容易完成。

    3）选择适当的操作系统提供的软件平台，利用与plc交换的数据编制用户要求的画面。

   4）若要远程传送，可通过modem接入电话网。若要pc具有编程功能，应配置编程软件。

3.pc与plc实现通信的条件

    从原则上讲，pc连入plc网络并没有什么困难。只要为pc配备该种plc网专用的通信卡以及通信软件，按要求对通信卡进行初始化，并编制用户程序即可。用这种方法把pc连入plc网络存在的唯一问题是价格问题。在pc上配上plc制造厂生产的专用通信卡及专用通信软件常会使pc的价格数倍甚至十几倍的升高。

用户普遍感兴趣的问题是，能否利用pc中已普遍配有的异步串行通信适配器加上自己编写的通信程序把pc连入plc网络，这也正是本节所要重点讨论的问题。

带异步通信适配器的pc与plc通信并不一定行得通，只有满足如下条件才能实现通信。

   1）只有带有异步通信接口的plc及采用异步方式通信的 plc网络才有可能与带异步通信适配器的pc互连。同时还要求双方采用的总线标准一致，都是rs-232c，或者都是rs-422（rs-485），否则要通过“总线标准变换单元”变换之后才能互连。

    2）要通过对双方的初始化，使波特率、数据位数、停止位数、奇偶校验都相同。

   3）用户必须熟悉互联的plc采用的通信协议。严格地按照协议规定为pc编写通信程序。在plc一方不需用户编写通信程序。

满足上述三个条件，pc就可以与plc互联通信。如果不能满足这些条件则应配置专用网卡及通信软件实现互联。

4.pc与plc互联的结构形式

    用户把带异步通信适配器的pc与plc互联通信时通常采用如图7-12所示的两种结构形式。一种为点对点结构，pc的com口与plc的编程器接口或其它异步通信口之间实现点对点链接, 如图7-12a所示。另一种为多点结构，pc与多台plc共同连在同一条串行总线上，如图7-12b所示。多点结构采用主从式存取控制方法，通常以pc为主站，多台plc为从站，通过周期轮询进行通信管理。

图7-12   常用结构形式

a）点对点结构  b）多点结构

5.pc与plc互联通信方式

目前pc与plc互联通信方式主要有以下几种：

1）通过plc开发商提供的系统协议和网络适配器，构成特定公司产品的内部网络其通信协议不公开。互联通信必须使用开发商提供的上位组态软件，并采用支持相应协议的外设。这种方式其显示画面和功能往往难以满足不同用户的需要。

2）购买通用的上位组态软件，实现pc与plc的通信。这种方式除了要增加系统投资外，其应用的灵活性也受到一定的局限。

3）利用plc厂商提供的标准通信口或由用户自定义的自由通信口实现pc与plc互联通信。这种方式不需要增加投资，有较好的灵活性，特别适合于小规模控制系统。

本节主要介绍利用标准通信口或由用户自定义的自由通信口实现

plc通信主要采用串行异步通信，其常用的串行通信接口标准有rs-232c、rs-422a和rs-485等。

rs-4855

rs-485是rs-422的变形，rs-422a是全双工，两对平衡差分信号线分别用于发送和接收，所以采用rs422接口通信时少需要4根线。rs-485为半双工，只有一对平衡差分信号线，不能同时发送和接收，少只需二根连线。

如图7-9所示使用rs-485通信接口和双绞线可组成串行通信网络，构成分布式系统，系统多可连接128个站。

图7-9  采用 rs-485的网络

 rs-485的逻辑“1”以两线间的电压差为+（2~6）v表示，逻辑“0”以两线间的电压差为-（2~6）v表示。接口信号电平比rs-232-c降低了，就不易损坏接口电路的芯片， ttl电平兼容，可方便与ttl 电路连接。。 由于rs-485接口具有良好的抗噪声干扰性、高传输速率（10mbps）、长的传输距离（1200m）和多站能力（多128站）等优点，所以在工业控制中广泛应用。

rs-422/rs485接口一般采用使用9针的d型连接器。普通微机一般不配备rs-422和rs-485接口，但工业控制微机基本上都有配置。如图7-10所示rs232c/rs422转换器的电路原理图。

图7-10  rs23