西门子变频器6SL3330-6TE41-1AA3

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1. 概述
在现场应用中，很多仪表和设备仅支持Modbus RTU的通讯协议，第三方仪表可以做Modbus主站或从站，西门子的通讯模块CP341 / CP441-2 通过Dongle（硬件狗）可以扩展该协议，S7-200 集成的口可以支持自由口通讯，通过指令库也可以方便的实现Modbus RTU通讯。本文以S7-200作为Modbus 主站，CP341作为Modbus 从站，实现Modbus RTU通讯，阐述两者在通讯方面的设置和注意事项。

2. 软件环境

2.1 STEP7 V5.4 SP4
用于编写 S7-300/400程序，此软件需要从西门子购买，本文档中的300的程序是使用Step7 V5.4 SP4的软件编写。

2.2 CP PTP Param V5.1 SP11
串行通讯模板的驱动程序，安装此驱动后才能对PtP模板进行参数配置，并在Step7中集成通讯编程需要使用的功能块。此驱动随购买模板一起提供，也可以从以下的链接

2.3 CP PTP Modbus Slave V3.1 SP7
CP341或CP441-2用于Modbus从站时，需要安装此驱动协议，但安装之前先安装PtP Driver，此驱动可以在购买Modbus Dongle时选择购买，也可以从以下的链接

 

2.5 Toolbox_V32-STEP 7-Micro WIN 32 Instruction Library
S7-200实现Modbus RTU功能，可以使用Modbus的指令库，要使用西门子的标准指令库，先安装指令库的软件包 Instruction Library，安装后，可以在Step 7-Micro/WIN软件的库中找到Modbus相关的指令，该软件包可以从以下的链接/download 自动化系统>>S7-200>>软件，文档编号S0010。

3. 硬件列表和接线

3.1 硬件列表

S7-300从站CPU315-2DP6ES7 315-2AG10-0AB0CP341 RS422/4856ES7 341-1CH01-0AE0Dongle6ES7 870-1AB01-0YA0PC 适配器（USB）6ES7 972-0CB20-0XA0S7-200主站CPU 224XP6ES7 214-2BD23-0XB0

表1 硬件设备

3.2 硬件接线

3.2.1 接口定义
S7-200的通讯口为RS485物理口（9针口），CP341是RS422/485的接口类型（15针口），两种设备的接口引脚的示意图如下所示，更详细的信息可以参考CP341及S7-200通信接口的手册。

图1 S7-200 CPU通信口引脚定义

 

图2 S7-300 CP341 RS422/485 通讯口引脚定义

3.2.2 接线示意图

图3 硬件结构和接线示意图

4. 组态设置和编程

4.1 S7-200做Modbus主站的设置
S7-200 CPU上的通信口在电气上是标准的RS-485半双工串行通信口，此串行字符通信的格式：1个起始位；7/8位数据位；1位奇/偶/无校验；1停止位。通信波特率可以设置为1200、2400、4800、9600、或112500，符合这些格式的串行通讯设备可以和S7-200进行自由口通讯，Modbus RTU指令库就是使用自由口编程实现的。

4.1.1 Modbus RTU主站库

使用Modbus 主站指令库时需要注意的几点：

需要S7-200的编程软件是 Micro/WIN V4.0 SP5及以上版本；

Modbus RTU 主站库对CPU的版本有要求，CPU 的版本为 2.00 或者 2.01（即订货号为 6ES721*－***23-0BA*）；

Modbus主站可读/写的大数据量为120个字（指每一个 MBUS_MSG 指令）；

Modbus 主站库支持Port0和Port1（从站库只支持Port0口），本例中用Port0；

使用Modbus 库时对库存储区进行分配，见下图设置，而且分配的空间不能和程序中其它空间冲突，否则编译调用会报错。

(1) 确定功能模块。PLC特殊功能模块的选用应根据系统控制的特殊要求确定。但首先需要确定的是为保证实现控制对象基本要求所需要的基本功能模块；其次，根据系统的类型、需要再考虑系统综合与集成所需要的通信与接口等模块。

  选择功能模块前需要根据机械要求确定执行装置的类型。如对于需要任意位置定位、且速度可以改变的运动，应选样伺服驱动，并确定伺服驱动器与伺服电机的型号、规格；对于仅需要无级变速的电机控制，应根据调运的要求，选择交流调速装置(如变频器等)或直流调速装置等。

  在此基础上，设计人员应根据执行装置的类型与动作要求，决定系统的控制方式与对PLC特殊功能模块(如位置控制模块、脉冲输出模块、模拟量输出模块等)的要求。

  在功能模块要求确定后，可以将模块以及要求统一汇总成表格的形式，以便选择模块。表5-2为功能模块要求汇总示例。

  表5-2 功能模块要求汇总表

  (2) 设计操作界面。在对象的控制要求确定后，应根据控制的需要与操作、显示的要求，设计操作面板，确定使用的按钮、指示灯的数量。

  对于系统控制较复杂的情况，还应选择系统中用于数据输入、状态显示的人机信息交换方法，确定系统是否采用文本单元、触摸屏、显示仪表等外围设备。

  当外围设备需要配套特殊功能模块(如通信接口、连接电缆、D/A转换模块等)时，应在选择外围设备的同时进行考虑。

  在操作界面确定后，可以将用于操作界面的全部器件进行归纳与汇总，以便统计I/O点数。表5-3为操作界面要求汇总示例。

  表5-3 操作界面要求汇总表

  (3) 统计I/O点数与规格。系统所需要的I/O点数与规格是选择PLC型号、配置I/O模块的依据。如上所述，而向Zui终控制对象的控制要求，可以通过循环图、时序图、控制要求表等得到明确；操作界面所需要的I/O数量，可以从操作界面要求表中进行统计；控制系统(或PLC控制单元)的I/O模块选择与规格确定可以在此基础上进行。

  根据控制对象的循环图、时序图、控制要求表、操作界面要求表，将其输入/输出汇总，便可以统计出I/O点数以及规格。

  如将图5-3(b)所示的动作循环图、电磁元件动作表，图5-3(b)的时序图，表5-1、表5-3所示的控制要求以及机床其他控制要求进行统一汇总后，可以得到表5-4所示的输入/输出汇总表。

  表5-4 输入/输出汇总表

  根据以上I/O汇总表，即可着手选择PLC的型号与规格，确定I/O模块。选择PLC功能与I/O点数时，应考虑一定的余量，以便于设计调整、修改与扩展。

  (4) 通信模块的确定。通信模块的选择取决于系统的类型。一般而言，作为基本配置大多数PLC都带有RS-232接口，可以用于编程器、触摸屏等常用外部设备的连接。但是，对于分布式PLC控制系统和远程I/0控制系统，通信模块都是必需的；而对于集中控制系统或单机控制系统，通信模块可以根据用户要求、系统扩充的需要与生产制造成本等，进行综合考虑。

  分布式PLC控制系统和远程I/O控制系统的通信模块选择与基本PLC的选择、系统采用的总线形式、系统集成软件等因素有关。

6ES75173AP000AB0CPU 1517-3 PN/DP，2 MB 程序，8 MB 数据；2 ns；集成 X1: 2x PN接口 ,X2: 1x PN接口，X3:1x DP 接口6ES75163AN020AB0CPU 1516-3 PN/DP，1 MB 程序，5 MB 数据；10 ns ；集成 X1: 2x PN接口 ,X2: 1x PN接口，X3:1x DP 接口6ES75152AM020AB0CPU 1515-2 PN，500 KB 程序，3 MB 数据；30 ns；集成 X1: 2x PN接口 ,X2: 1x PN接口6ES75131AL020AB0CPU 1513-1 PN，300 KB 程序，1.5 MB 数据；40 ns；集成 2x PN 接口6ES75111AK020AB0CPU 1511-1 PN，150 KB 程序，1 MB 数据；60 ns；集成 2x PN 接口6ES75121CK010AB0CPU 1512C-1 PN,  250 KB程序，1 MB数据；48 ns；集成2x PN接口；集成 32 DI/32 DO, 5 AI/2 AO, 6 HSC@100kHz6ES75111CK010AB0CPU 1511C-1 PN,  175 KB程序，1 MB数据；60 ns；集成2x PN接口；集成 16 DI/16 DO, 5 AI/2 AO, 6 HSC@100kHz6ES75162PN000AB0CPU 1516PRO-2 PN，1MB 程序，5 MB 数据；10 ns；集成 X1: 3x PN接口 ,X2: 1x PN接口6ES75121DK0-0AB0CPU 1512SP-1 PN，200KB 程序，1 MB 数据；48 ns；集成 1x PN 接口 (可用ET 200SP总线适配器再拓展2个PN 接口)6ES75101DJ010AB0CPU 1510SP-1 PN，100KB 程序，750 KB 数据；72 ns；集成 1x PN 接口(可用ET 200SP总线适配器再拓展2个PN 接口)