西門子模塊6GK7243-1EX01-0XE0

概述
在現場應用中，很多儀表和設備僅支持Modbus RTU的通訊協議，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Modbus RTU通訊。本文以S7-200作為Modbus 主站，CP341作為Modbus 從站，實現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 Sl V3.1 SP7
CP341或CP441-2用于Modbus從站時，需要安裝此驅動協議，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，

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。

2.5 Toolbox_V32-STEP 7-Micro WIN 32 Instruction Library
S7-200實現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，

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位數據位；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/寫的大數據量為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完成主站的參數初始化，詳細見下表，參數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

圖中各參數含義如下

. 通訊測試
Modbus RTU格式通信協議是以主從的方式進行數據傳輸的，在傳輸的過程中主站是主動方，即主站發送數據請求報文到從站，從站返回響應報文。Modbus 系統間的數據交換是通過功能碼來控制的，以下對現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。

西門子模塊6GK7243-1EX01-0XE0

1.    CP 243-1 通信處理器用于將 S7-200 連接到工業以太網并具有以下特性：

將 CPU S7-200 連接到工業以太網上 
1 個 RJ45 接口，10/100 Mbit/s 全雙工/半雙工連接，帶自適應/自協商和自動切換功能
通信服務： 
與 PG/OP 進行通信 
與 S7 進行通信
在工業以太網上可使用 STEP 7 Micro/WIN 進行組態、遠程編程和服務 (程序上傳和下載，狀態) 
在工業以太網上可實現 CPU/CPU 通信 (客戶端 + 服務器，8 個 S7 連接 + 1 個 PG 連接) 
IT 通信 
提供 Web 功能 
提供電子郵件功能 
提供 FTP 客戶端功能，用于程序控制的數據通信 (如：DOS、UNIX、Linux 或嵌入式系統)
FTP 服務器 
一臺 S7 OPC 服務器，可實現在 PC 應用中對 PLC 數據進行進一步處理
在該產品升級的過程中，實現了以下功能改進： 
  1) 現在可通過 SMTP-Auth 進行電子郵件的驗證發送

  2) 可通過 DHCP (先前是 BOOTP) 自動獲取 IP 地址

可通過 Micro/WIN V4.0.8 對 CP 243-1 進行組態。由于其兼容性的原因，也可使用 V3.2.3 或更高版本進行組態。然而，在這種情況下，不能提供上述的功能改進。

2.   應用目標

CP 243-1 通信處理器可用于將 S7-200 連接到工業以太網上。 
帶有 STEP 7-Micro/WIN 的 SIMATIC 可以在工業以太網上進行組態、遠程編程和診斷。 
帶有 CP 243-1 的 S7-200 控制器可與工業以太網上的其它 S7 控制器進行數據交換。 
可使用 Web 技術實現簡單的可視化，并提供電子郵件發送和文件處理 (FTP) 功能。通過 CPU 可對 CP 243-1 的文件系統進行管理。該文件系統服務可用作大容量存儲設備、交叉系統計算機鏈接，以及用于存儲 HTML 頁面和 Java 小應用程序。CP 243-1 的大文件系統，除了存儲 HTML 頁面之外，還可以存儲機器文檔或用戶手冊。 
使用路由器可通過電話線或因特網訪問分布在各處的工廠，并在 Web 瀏覽器支持下完成簡單的診斷、發信號或用戶功能。CP 243-1 特別適用于工廠車間，在這些車間中如果使用 PC 進行*監控，則成本非常高。 
PC 應用程序可通過 S7 OPC 服務器訪問 S7-200 的數據。這樣，可方便地歸檔過程數據，或作進一步處理。