2.6 Modbus RTU 從站常見問題

Modbus 從站的網絡地址與 S7-200 的 CPU 網絡地址有關系？

沒有關系。支持網絡通信的通信協議必須有其自己的網絡尋址規定。 Modbus 從站的地址只是它在 Modbus 網絡上的地址，而通常所說的 S7-200 CPU 地址是 CPU 在西門子的 PPI 網絡上的站地址。S7-200 CPU 的大部分通信功能都通過 PPI 網絡完成，例如編程、網絡讀寫通信等。

 如何理解 Modbus 地址與功能碼的區別？

Modbus 地址與 Modbus 的功能碼是兩個層次的概念。

根據 Modbus 通信協議，Modbus 數據的地址使用 00xxx、10xxx、30xxx 和 40xxx 的形式，分別表示數字量輸出、數字量輸入、模擬量輸入等數據地址。在使用 S7-200 的指令庫時，Modbus 數據地址與 S7-200 的 I/O 和數據存儲區地址間有特定的對應關系。

有些設備表明它支持 Modbus RTU 通信協議，但也詳細提供了讀寫數據的詳細通信幀格式，其中包括如何 Modbus 站的地址，需要讀寫數據類型、長度等等。數據幀有特定字節指出此指令讀寫的數據類型和地址，此字節的數據內容即所謂"功能碼"，如功能 1 讀取單個/多個數字量輸出點的值。

支持 Modbus 協議的設備或軟件，使用時用戶直接設置或看到的應當是 Modbus 數據地址。Modbus 地址所訪問的數據，是通過各種"功能"讀寫而來。功能碼是 Modbus 地址的底層。如果 Modbus 通信的一方提供的所謂 Modbus 協議只有功能碼，則需要注意了解此功能號與 Modbus 地址間的對應關系。

Modbus 指令庫啟動后，如何通過同一個通信端口進行 CPU 監控？

Modbus 指令庫使用的是 CPU 的自由口通信功能，工作在自由口模式下的通訊口不能使用 Micro/WIN 的 PPI 編程通信監控。如果通信口都已經被占用，可以考慮：

• 加一個通信模塊（如 EM 277、CP 243-1、EM 241 等）擴展出一個編程通信口
• 中止自由口模式，可以將 CPU 上的模式開關從 RUN 撥到 STOP；或者保持處于 RUN 狀態，用程序停止指令庫的 Modbus 模式（參見指令庫應用）

為何有些 HMI 軟件使用 Modbus RTU 讀取S7-200中的實數會出現錯誤？

有些HMI軟件使用Modbus RTU通信協議時，處理存儲在數據保持寄存器中的實數（浮點數）的方式與西門子的實數保存格式不同。西門子的PLC遵循"高字節低地址、低字節高地址"的規律。

Modbus RTU的保持寄存器總是以"字（雙字節）"為單位，而一個實數需要4個字節（雙字）表示。HMI軟件在處理時可能會把保持寄存器的兩個"字"互換位置，造成不能識別以西門子格式表示的實數。如果HMI軟件一方無法處理這種實數，則可在S7-200 CPU中編程將存入數據緩沖區（保持寄存器區）的實數的高字和低字互換。

為何有的HMI軟件用Modbus RTU可以讀取作為從站的S7-200的內容，但不能寫入？

可能此軟件使用了Modbus功能15（寫多個離散量）或類似功能（功能 16）。S7-200從站協議遵守"以整字節地址邊界（如Q0.0、Q2.0）開始、以8的整數倍為位個數"的規約。如果HMI軟件未嚴格執行此規律就可能發生寫入錯誤的情況。

S7-200是否支持 Modbus ASCII 模式？

S7-200可以支持上述模式，但是沒有現成的指令庫，需要用戶自己編程。

項目編譯后為何出現很多錯誤？

使用指令庫時，若編譯后出現很多錯誤，一般是因為未庫指令數據存儲區。請參考相關條目。

S7-200 CPU的Port1是否可以支持Modbus RTU協議？

可以。用戶可以自己編程實現。

在S7-200的"Tips and Tricks"幫助文檔中，Tip041是Modbus RTU從站程序，用戶可以參考。

S7-200是否可以組成Modbus RTU通信網絡？如何組網？

S7-200可以組成RS-485基礎上的Modbus RTU網絡。如果通信對象是不同標準的通信口，可能還需要轉換。
參見：RS-485網絡組成

STEP 7-Micro/WIN V4.0 以上版內部已經帶有新的指令庫，但在未安裝西門子 Instruction Library 軟件包的情況下，不能顯示出來使用。

要使用西門子的標準指令庫，必須先安裝西門子的指令庫軟件包 Instruction Library。安裝了 Instruction Library 之后，只要安裝的 STEP 7-Micro/WIN 版本是的，就能獲得相應版本的新指令庫。安裝 Micro/WIN 的升級包（Service Pack）也會更新指令庫的版本。

用戶可以直接從下面獲得西門子 Instruction Library 軟件安裝包：

Instruction Library

的 STEP 7-Micro/WIN V4.0 SP5 版本支持以下幾種西門子標準指令庫：

• USS通信協議庫：
  可使CPU通信口 Port0 和 Port 1 支持與Micro-Master 3（MM3系列）和Micro-Master 4（MM4系列，如MM420、MM430、MM440等）、SINAMICS G110系列的USS通信控制，通過一些預先編好的子程序和中斷程序，以方便地控制變頻器的運行和讀寫其參數。
  Micro/WIN V4.0的USS指令庫現在已經針對西門子的Master Drive做了優化。
• Modbus RTU Slave（從站）通信協議庫：
  可使CPU通信口 Port0 支持Modbus RTU從站通信功能。
• Modbus RTU Master （主站）通信協議庫: 
  可使 CPU 通信口 Port 0 和 Port 1 支持 Modbus RTU 主站通信功能。

以上通信協議庫都是使用了S7-200 CPU的自由口通信功能。

圖1. 西門子標準庫以淺藍色圖標表示（Micro/WIN V4.0 SP5）

從以下兩種途徑可以獲得STEP 7-Micro/WIN指令庫：

• 安裝STEP 7-Micro/WIN32 附加軟件包Instruction Library V1.1，訂貨號6ES7830-2BC00-0YX0。
• 已安裝STEP 7-Micro/WIN32 V3.1和Toolbox V1.0（包括為TP070配置的TP Designer和老的指令庫，訂貨號6ES7810-2TC00-0YX0），再安裝正式的STEP 7-Micro/WIN32 V3.2（或V4.0）版，也可自動獲得新的指令庫。新舊版本的軟件及其指令庫可以在一臺計算機上共存（V4.0 的各升級包不能共存）。

注意：

• 所有舊的CPU21x不能使用新的指令庫
• 舊版本的指令庫不能與新的指令庫在同一個項目文件中共存
• 安裝了新版本的指令庫后，舊版本的指令庫不再能夠看到
• 用戶自定義的指令庫不能與西門子的庫重名

有時因為系統和軟件安裝有問題，可能在安裝完西門子標準指令庫后仍然不能看到西門子標準庫。這時可以嘗試添加標準庫。標準庫的文件存在Micro/WIN安裝目錄下的Standard Libs目錄下。

3.1 分配庫指令數據區

調用STEP 7 - Mciro/WIN32 V3.2 Instruction Library（指令庫）需要分配庫指令數據區（Library Memory）。庫指令數據區是相應庫的子程序和中斷程序所要用到的變量存儲空間。

如果在編程時不分配庫指令數據區，編譯時會產生許多相同的錯誤（錯誤18）。

操作步驟（以Modbus RTU庫指令為例）：

在指令樹的Project（項目）中，以鼠標右鍵單擊Program Block（程序塊），在彈出的快捷菜單中選擇Library Memory。如圖2所示：

圖2

在彈出的選項卡中設置庫指令數據區，如圖2所示：

圖3.缺省情況下是從VB0開始，但因為與Modbus的保持寄存區沖突，所以手動改為VB2000。按"Suggest Address"按鈕也可以自動分配。

可以使用Suggest Address（推薦地址）設置數據區，但要注意編程軟件設置的數據區地址，只考慮到了其他一般尋址，而未考慮到諸如Modbus數據保持寄存器區等的設置。應當確保不與其他任何已使用的數據區重疊、沖突。不應重復按Suggest Address按鈕，否則也會造成混亂。

在STEP 7-Micro/WIN32 V3.1中，有分配庫指令數據區時有不同的操作方法，需要在Symbol Table（符號表）中設置一個首地址。我們強烈建議使用當時的編程版本。

3.2 添加指令庫

注意：添加自定義指令庫，需要關閉編輯庫指令的項目，新建立一個項目。如果要添加其他來源的庫指令自然不需要如此。

步：在Micro/WIN的File（文件）菜單中選擇Add/Remove Libraries...（添加/刪除指令庫）命令 ；或者在指令樹的Libraries（指令庫）分支上單擊鼠標右鍵，選擇Add/Remove Libraries...

圖4. 選擇添加/刪除指令庫命令

添加/刪除對話框中將顯示已經在本機的Micro/WIN中集成的用戶自定義指令庫。

圖5. 已安裝的庫指令

第二步：按Add（添加）按鈕，選擇新定義的庫文件路徑。用戶自定義庫將自動添加到Micro/WIN指令樹的Libraries分支下。

圖6. 選擇庫文件

 缺省情況下，Micro/WIN到圖8中的路徑下尋找庫指令文件。用戶也可以其他路徑。但要注意庫文件應當保持在非移動的介質上，如果了一個可移動硬盤，則硬盤不在時會發生找不到庫的錯誤。建議用戶使用缺省設置。

3.3 刪除庫指令

步：選擇添加/刪除指令庫命令

圖7. 選擇命令

第二步：選中須卸載的庫所對應的庫文件，按Remove（刪除）按鈕

圖8. 選中要刪除的庫指令文件

S7-200系統支持的PPI、MPI和PROFIBUS-DP協議通常以RS-485電氣網絡為硬件基礎。
RS-485串行通信標準采用平衡信號傳輸方式，或者稱為差動模式。平衡傳輸方式可以有效地抑制傳輸過程中干擾。
平衡方式采用一對導線，利用兩根導線間的電壓差傳輸傳輸信號。這兩根導線被命名為A（TxD/RxD-）和B（TxD/RxD+）。當B的電壓比A高時，認為傳輸的是邏輯"高"電平；當B的電壓比A低時，認為傳輸的是邏輯"低"電平信號。能夠有效工作的差動電壓范圍十分寬廣，可以從零點幾伏到接近十伏。
RS-485通信端口可以做到很高的通信速率，較長的通信距離，以及并聯連接多個端口。

平衡通信方式能否有效工作受到共模電壓差的影響。RS-485接口的兩根導線相對于通信對象信號地的電壓差就是共模電壓。非電氣隔離的RS-485接口能在一定的范圍內抵抗共模電壓對通信的干擾。

S7-200 CPU通信口的共模抑制電壓是12V。所以對于這類非隔離型的RS-485端口，保證通信口之間的信號地等電位非常重要，將它們連接在一起（并不是說一定要接地）。

S7-200系統中的RS-485端口是半雙工的，不能同時發送和接收信號。
在S7-200系統中，選擇合適的通信設備，可以做到波特率從1200到12M，單段距離1000m，單段站點32個的通信網絡。通過中繼器，RS-485電氣網絡還可以擴展通信距離，增加通信站點。詳情請參考《S7-200系統手冊》關于通信的專門一章。
雖然常見的RS-485通信器件在電氣性能上基本一致，但物理接口卻五花八門，沒有統一的規定。

 西門子系統中的 D-Sub 9 針型 RS-485 端口，引腳定義是基本一致的。

4.1 S7-200系統中的RS-485通信

在S7-200系統中，CPU上的通信口（編程口），以及EM277模塊上的通信端口都是符合RS-485電氣標準的。但它們也有所不同：

• S7-200 CPU上的通信口是非隔離型的，通信速率187.5K波特
• EM277上的通信口是隔離的，通信速率12M，并且速率自適應

以下三種協議，都可以在RS-485的硬件基礎上實現通信：

• PPI（包括編程通信、S7-200 CPU之間、S7-200 CPU與HMI之間的通信等）
• MPI（S7-200 CPU與S7-300/400 CPU、S7-200 CPU與HMI之間、EM277與HMI之間的通信等）
• PROFIBUS-DP（EM277與其他PROFIBUS-DP主站之間的通信）

實際上，如果各通信站點的地址不同，通信波特率相同，上述三個協議可以在一個RS-485網絡上同時實現各自的通信。當然，一個站點支持協議受到自身條件所限。

因此考察上述電氣網絡的通信時，我們應注意到它們都受RS-485網絡電氣基礎的制約。上述網絡所用的網絡硬件基本一樣。

在S7-200系統中，無論是組成PPI、MPI還是RPOFIBUS-DP網絡，或是Modbus RTU網絡，用到的主要部件都是一樣的：

• PROFIBUS電纜：電纜型號有多種，其中基本的是PROFIBUS FC（Fast Connect快速連接）Standard電纜（訂貨號6XV1 830-0EH10）
• PROFIBUS網絡連接器：網絡連接器也有多種形式，如出線角度不同等等

5.1 連接網絡連接器

A. 電纜和剝線器。使用FC技術不用剝出裸露的銅線。

圖1. 剝好一端的PROFIBUS電纜與快速剝線器（FCS，訂貨號6GK1905-6AA00）。

B. 打開PROFIBUS網絡連接器。首先打開電纜張力釋放壓塊，然后掀開芯線鎖。

圖2. 打開的PROFIBUS連接器

C. 去除PROFIBUS電纜芯線外的保護層，將芯線按照相應的顏色標記插入芯線鎖，再把鎖塊用力壓下，使內部導體接觸。應注意使電纜剝出的屏蔽層與屏蔽連接壓片接觸。

圖3. 插入電纜

由于通信頻率比較高，因此通信電纜采用雙端接地。電纜兩頭都要連接屏蔽層。

D. 復位電纜壓塊，擰緊螺絲，消除外部拉力對內部連接的影響。

5.2 網絡連接器

網絡連接器主要分為兩種類型：帶和不帶編程口的。不帶編程口的插頭用于一般聯網，帶編程口的插頭可以在聯網的同時仍然提供一個編程連接端口，用于編程或者連接HMI等。

圖4. 左側為不帶編程口的網絡連接器（訂貨號：6ES7 972-0BA52-0xA0）
右側的是帶編程口的網絡連接器（訂貨號：6ES7 972-0BB52-0xA0）

5.3 線型網絡結構

通過PROFIBUS電纜連接網絡插頭，構成總線型網絡結構。

圖5. 總線型網絡連接

在上圖中，網絡連接器A、B、C分別插到三個通信站點的通信口上；電纜a把插頭A和B連接起來，電纜b連接插頭B和C。線型結構可以照此擴展。

注意圓圈內的"終端電阻"開關設置。網絡終端的插頭，其終端電阻開關必須放在"ON"的位置；中間站點的插頭其終端電阻開關應放在"OFF"位置。

5.4 終端電阻和偏置電阻

一個正規的RS-485網絡使用終端電阻和偏置電阻。在網絡連接線非常短、臨時或實驗室測試時也可以不使用終端和偏置電阻。

終端電阻：在線型網絡兩端（相距遠的兩個通信端口上），并聯在一對通信線上的電阻。根據傳輸線理論，終端電阻可以吸收網絡上的反射波，有效地增強信號強度。兩個終端電阻并聯后的值應當基本等于傳輸線在通信頻率上的特性阻抗 偏置電阻：偏置電阻用于在電氣情況復雜時確保A、B信號的相對關系，保證"0"、"1"信號的可靠性

西門子的PROFIBUS網絡連接器已經內置了終端和偏置電阻，通過一個開關方便地接通或斷開。終端和偏置電阻的值*符合西門子通信端口和PROFIBUS電纜的要求。

合上網絡中網絡插頭的終端電阻開關，可以非常方便地切斷插頭后面的部分網絡的信號傳輸。

與其他設備通信時（采用PROFIBUS電纜），對方的通信端口可能不是D-SUB9針型的，或者引腳定義*不同。如西門子的MM4x0變頻器，RS-485通信口采用端子接線形式，這種情況下需要另外連接終端電阻，西門子可以提供一個比較規整的外接電阻。對于其他設備，可以參照《S7-200系統手冊》上的技術數據制作。

 西門子網絡插頭中的終端電阻、偏置電阻的大小與西門子PROFIBUS電纜的特性阻抗相匹配，強烈建議用戶配套使用西門子的PROFIBUS電纜和網絡插頭。可以避免許多麻煩。

記住聯網的格言：你糊弄它，它就糊弄你！

入門實例:次使用S7-200筆錄

對于很多沒有使用過S7-200PLC的朋友來說，很多問題可能成為大家的攔路虎，感覺入門很難。以下就用一個實例，為大家介紹次使用S7-200PLC時具體步驟，幫助您邁開使用PLC的步。文中希望實現的功能是：按下一個開關，點亮一個輸出點。本文可以幫您解決次使用S7-200時的以下問題：

（一） 需要準備些硬件和軟件呢？

次使用S7-200時，需要準備硬件有：S7-200CPU，如CPU224XP(訂貨號：6ES7 214-2BD23-0xB8)

編程電纜 PC/PPI電纜（訂貨號：6ES7 901-3DB30-0xA0）

需要準備的軟件有：SETP7-Micro/Win V4.0 SP6

還需要準備一臺裝有Windows XP SP2的電腦

準備好硬件，我們就需要在電腦上正確安裝S7-200的編程軟件。特別提示要注意這個軟件是SETP7-Micro/Win，而不是SETP7。據老工程師講，SETP7是給S7-300等系列PLC編程用的，不能給S7-200進行編程。對于SETP7-Micro/Win軟件而言，目前常用的版本是V4..0 SP6。和安裝其它軟件一樣，正確安裝好編程軟件后，您就可以在桌面上看到如下所示的圖標。至此，我們就為下一步的調試做好基本準備嘍！

（二） 如何為PLC的接線呢？

從以下接線圖可以看出，我們需要做的就是將為PLC提供電源和為數字量輸入點正確接線。

（三） 如何與PLC通信呢？

1. 連接編程電纜

將編程電纜的USB口側插在電腦上，DB接口插在PLC的PORT0或者PORT1上。然后將PLC的模式開關設置為STOP。

2. 編程軟件設置

（1）打開編程軟件后，在整個界面的左側，點擊設置PG/PC接口。如下圖所示：

在出現的對話框中，選擇PC/PPIcable(PPI),并點擊屬性

屬性對話框的個界面，使用如下設置：

在屬性對話框中的第二個選項卡中，選擇通訊接口為USB，具體如下設置：

之后保存并關閉相應的對話框。

（2）回到編程軟件的初始界面，然后點擊通信

出現如下界面：

將搜索所有波特率打勾后，雙擊刷新即可。

如果能出現如下頁面，即表示PC與PLC的通訊。

（四） 如何編寫程序呢？

打開編程界面，單擊紅色標注處，可以添加一個常開觸點

同樣的方法添加一個輸出線圈：

需要為輸入和輸出分配正確的地址，如下所示。之后點擊下載

出現如下界面后，繼續點擊下載

下圖顯示的是下載中的界面：

下載后,就可以進行PLC調試，進一步測試具體功能是否可以實現。

（五） 如何調試PLC呢？

先將模式開關設置為RUN，然后撥動連接在輸入點I0.0上開關，即可看到輸出點點亮了。至此，表明我們的程序和PLC運行一切正常。

如果想在編程軟件上監控輸入點和輸出點的狀態，可以點擊狀態表

打開狀態表后，在地址欄中輸入需要監控的地址，如下所示：

之后點擊監控即可：

正常監控后就可以在當前值中看到相應的數值：

開關未按下時的狀態

開關按下后的狀態

從以上的筆錄，我們可以看出S7-200PLC是一款簡單易學的控制設備。當然，PLC還有通訊、PID控制、運動控制等等很多功能，我們可以在本網站中的相關介紹中一步一步的對其進行學習和了解。相信不需要很長時間，您也可以成為S7-200PLC的使用高手！模擬信號是指在一定范圍內連續的信號（如電壓、電流)，這個“一定范圍”可以理解為模擬量的有效量程。在使用S7-200模擬量時，需要注意信號量程范圍，撥碼開關設置，模塊規范接線，指示燈狀態等信息。

本文中，我們按照S7-200模擬量模塊類型進行分類介紹：

1.AI 模擬量輸入模塊?

2.AO模擬量輸出模塊?

3.AI/AO模擬量輸入輸出模塊

4.常見問題分析

首先，請參見“S7-200模擬量全系列總覽表”，初步了解S7-200模擬量系列的基本信息，具體內容請參見下文詳細說明：

AI 模擬量輸入模塊

A. 普通模擬量輸入模塊：

如果，傳感器輸出的模擬量是電壓或電流信號（如±10V或0~20mA），可以選用普通的模擬量輸入模塊，通過撥碼開關設置來選擇輸入信號量程。注意：按照規范接線，盡量依據模塊上的通道順序使用（A->D），且未接信號的通道應短接。具體請參看《S7-200可編程控制器系統手冊》的附錄A-模擬量模塊介紹。

4AI EM231模塊：

首先，模擬量輸入模塊可以通過設置撥碼開關來選擇信號量程。開關的設置應用于整個模塊，一個模塊只能設置為一種測量范圍，且開關設置只有在重新上電后才能生效。也就是說，撥碼設置一經確定后，這4個通道的量程也就確定了。如下表所示：

注：表中0~5V和0~20mA（4~20mA）的撥碼開關設置是一樣的，也就是說，當撥碼開關設置為這種時，輸入通道的信號量程，可以是0~5V，也可以是0~20mA。

8AI EM231模塊：

8AI的EM231模塊，第0->5通道只能用做電壓輸入，只有第6、7兩通道可以用做電流輸入，使用撥碼開關1、2對其進行設置：當sw1=ON，通道6用做電流輸入；sw2=ON時，通道7用做電流輸入。反之，若選擇為OFF，對應通道則為電壓輸入。