西門子PLC模塊6ES7231-0HC22-0XA8

S7-200系列PLC可提供4種不同的基本單元和6種型號的擴展單元。其系統構成包括基本單元、擴展單元、編程器、存儲卡、寫入器、文本顯示器等。

1．基本單元

S7-200系列PLC中可提供4種不同的基本型號的8種CPU供選擇使用，其輸入輸出點數的分配見表4-11：

表4-11  S7-200系列PLC中CPU22X的基本單元

S7-200 PLC的存儲器空間大致分為三個空間，即程序空間、數據空間和參數空間。

1．程序空間

該空間主要用于存放用戶應用程序，程序空間容量在不同的CPU中是不同的。另外CPU中的RAM區與內置EEPROM上都有程序存儲器，但它們互為映像，且空間大小一樣。

2．數據空間

該空間的主要部分用于存放工作數據稱為數據存儲器，另外有一部分作寄存器使用稱為數據對象。

（1）數據存儲器 它包括變量存儲器（V），輸入信號緩存區（輸入映象存儲器I），輸出信號緩沖區（輸出映象存儲區Q），內部標志位存儲器（M）又稱內部輔助繼電器，特殊標志位存儲器（SM）。除特殊標志位外，其他部分都能以位、字節、和雙字的格式自由讀取或寫入。

變量存儲器（V）是保存程序執行過程中控制邏輯操作的中間結果，所有的V存儲器都可以存儲在*存儲器區內，其內容可在與EEPROM或編程設備雙向傳送。

輸入映象存儲器（I）是以字節為單位的寄存器，它的每一位對應于一個數字量輸入結點。在每個掃描周期開始，PLC依次對各個輸入結點采樣，并把采樣結果送入輸入映象存儲器。PLC在執行用戶程序過程中，不再理會輸入結點的狀態，它所處理的數據為輸入映象存儲器中的值。

輸出映象存儲器（Q）是以字節為單位的寄存器，它的每一位對應于一個數字輸出量結點。PLC在執行用戶程序的過程中，并不把輸出信號隨時送到輸出結點，而是送到輸出映象存儲器，只有到了每個掃描周期的末尾，才將輸出映象寄存器的輸出信號幾乎同時送到各輸出結點。使用映象寄存器優點：①同步地在掃描周期開始采樣所有輸入點，并在掃描的執行階段凍結所有輸入值；②在程序執行完后再從映象寄存器刷新所有輸出點，使被控系統能獲得更好穩定性；⑧存取映象寄存器的速度高于存取I/O速度，使程序執行的更快；④I/O點只能以位為單位存取，但映象寄存器則能以位、字節、雙字進行存取。因此，映象寄存器提供了更高的靈活性。另外對控制系統中個別I/O點要求實時性較高的情況下，可用直接I/O指令直接存取輸入/輸出點。

內部標志位（M）又稱內部線圈（內部繼電器等），它一般以位為單位使用，但也能以字、雙字為單位使用。內部標志位容量根據CPU型號不同而不同。

特殊標志位（SM）用來存儲系統的狀態變量和有關控制信息，特殊標志位分為只讀區和可寫區，具體劃分隨CPU不同而不同

Modbus TCP通信概述

MODBUS/TCP是簡單的、中立廠商的用于管理和控制自動化設備的MODBUS系列通訊協議的派生產品，顯而易見，它覆蓋了使用TCP/IP協議的“Intranet”和“Internet”環境中MODBUS報文的用途。協議用途是為諸如PLC’s，I/O模塊，以及連接其它簡單域總線或I/O模塊的網關服務的。

MODBUS/TCP 使MODBUS_RTU協議運行于以太網，MODBUS TCP使用TCP/IP和以太網在站點間傳送MODBUS報文，MODBUS TCP結合了以太網物理網絡和網絡標準TCP/IP以及以MODBUS作為應用協議標準的數據表示方法。MODBUS TCP通信報文被封裝于以太網TCP/IP數據包中。與傳統的串口方式，MODBUS TCP插入一個標準的MODBUS報文到TCP報文中，不再帶有數據校驗和地址。

1. 通訊所使用的以太網參考模型

Modbus TCP傳輸過程中使用了TCP/IP以太網參考模型的5層：

第一層：物理層，提供設備物理接口，與市售介質/網絡適配器相兼容

第二層：數據鏈路層，格式化信號到源/目硬件址數據幀

第三層：網絡層，實現帶有32位IP址IP報文包

第四層：傳輸層，實現可靠性連接、傳輸、查錯、重發、端口服務、傳輸調度

第五層：應用層，Modbus協議報文

2. Modbus TCP數據幀

Modbus數據在TCP/IP以太網上傳輸，支持Ethernet II和802.3兩種幀格式，Modbus TCP數據幀包含報文頭、功能代碼和數據3部分，MBAP報文頭(MBAP、Modbus Application Protocol、Modbus應用協議)分4個域，共7個字節，如圖1所示：

圖1： MODBUS TCP報文

由于使用以太網TCP/IP數據鏈路層的校驗機制而保證了數據的完整性，MODBUS TCP 報文中不再帶有數據校驗”CHECKSUM”，原有報文中的“ADDRESS”也被“UNIT ID”替代而加在MODBUS應用協議報文頭中。

3. Modbus TCP使用的通訊資源端口號

在Modbus服務器中按缺省協議使用Port 502 通信端口，在Modbus客戶器程序中設置任意通信端口，為避免與其他通訊協議的沖突一般建議2000開始可以使用。

4. Modbus TCP使用的功能代碼

按照使用的通途區分，共有3種類型分別為：

1) 公共功能代碼：已定義好功能碼，保證其性，由Modbus.org認可；

2) 用戶自定義功能代碼有兩組，分別為65～72和100～110，無需認可，但不保證代碼使用性,如變為公共代碼，需交RFC認可；

3) 保留功能代碼，由某些公司使用某些傳統設備代碼，不可作為公共用途。

按照應用深淺，可分為3個類別：

1) 類別0，客戶機/服務器最小可用子集：讀多個保持寄存器(fc.3)；寫多個保持寄存器(fc.16)。

2) 類別1，可實現基本互易操作常用代碼：讀線圈(fc.1)；讀開關量輸入(fc.2)；讀輸入寄存器(fc.4)；寫線圈(fc.5)；寫單一寄存器(fc.6)。

3) 類別2，用于人機界面、監控系統例行操作和數據傳送功能：強制多個線圈(fc.15)；讀通用寄存器(fc.20)；寫通用寄存器(fc.21)；屏蔽寫寄存器(fc.22)；讀寫寄存器(fc.23)。

5. Modbus TCP通訊應用舉例

在讀寄存器的過程中，以Modbus TCP請求報文為例,具體的數據傳輸過程如下：

1) Modbus TCP客戶端實況，用Connect()命令建立目標設備TCP 502端口連接數據通信過程；

2) 準備Modbus報文，包括7個字節MBAP內請求；

3) 使用send()命令發送；

4) 同一連接等待應答；

5) 同recv()讀報文，完成一次數據交換過程；

6) 當通信任務結束時，關閉TCP連接，使服務器可以為其他服務。

S7-300/400 的CPx43-1 MODBUS TCP 通訊(STEP7)

下面章節將介紹如何使用軟件選項包” ModbusTCP CP V4.3 "的功能塊庫配置S7-300/400單站系統通過CP343-1/CP443-1與第三方模擬軟件進行Modbus/TCP進行通訊的詳細步驟

1.“ ModbusTCP CP V4.3”塊庫使用說明

1) 該功能塊庫可以用于S7-300單站通過CP343-1或S7-400單站通過CP443-1進行ModbusTCP通訊。

2) 由于需要在SIMATIC站與其他通訊伙伴之間建立TCP連接用于Modbus通訊，因此需要調用SIMATIC S7標準功能塊，對于S7-300/400的CP來說，需要調用FC5(AG_SEND)，FC6(AG_RECV)功能塊。

3) 對于主要功能塊FB106、107和108來說，包含了V1.x和V2.x，它們管腳參數并沒有更改，只是在V2.x中增加了FC10”AG_CNTRL”功能塊用于管理TCP連接，是否支持功能塊與CP的型號和固件版本有關，如下圖1所示：

圖1 功能塊V1.x和V2.x版本區別

當將軟件選項包安裝完集成到Step7時，可以在Step7安裝文件的相應目錄中找到塊庫、例程、英文手冊，另外還可找到用CFC語言編程的功能快庫，供讀者選用，如下圖2~4所示，在實際的項目調試過程中由于例子程序的各項功能比較完善，因此可以直接使用例子程序根據項目的實際情況修改相應的參數即可，可以節省大量的參數設置時間，以下主要描述了使用軟件選項包” ModbusTCP CP V4.3 "配置S7-300/400站的詳細配置和編程步驟。

圖2 塊庫、例程、英文手冊和軟件注冊的文件夾位置

圖3 例程(注:當找不到例程時可以通過”Browse..”按鈕來進行查找) 

圖4 功能塊庫(注:當找不到塊庫時可以通過”Browse..”按鈕來進行查找)