用西門子CP341實(shí)現(xiàn)Modbus RTU通訊

1 概述
    CP341模塊是西門子S7—3001400系列PLC中的串行通訊模塊。該模塊具有1個(gè)串行通訊口(RS232C或 TTY或RS485／422)，RS422／485的通訊zui大距離位1200m。支持以下協(xié)議ASCII，ModbusRTU遠(yuǎn)程終端，Data Highway(DF1協(xié)議)，電氣接口為15針D型孔接頭?？梢允褂眠@種通訊模塊實(shí)現(xiàn)S7300／400與其它串行通訊設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。例如打印機(jī)、掃描儀、儀表、Modbus主從站、Data Highway站、變頻器。USS站等。CP341模塊可以同時(shí)與多臺(tái)串行通訊設(shè)備進(jìn)行通訊。如同時(shí)連接多個(gè)變頻器、連接多個(gè)智能儀表等。如果采用RS422／485 modbus RTU通訊方式，需要在發(fā)送的數(shù)據(jù)包中包括站號(hào)、數(shù)據(jù)區(qū)、讀寫指令等信息。供CP341模塊所連接的從站設(shè)備鑒別數(shù)據(jù)包是發(fā)給哪個(gè)站的。以及該數(shù)據(jù)包是對(duì)那個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行的讀或?qū)懙墓δ堋?br />    Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng))和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了一控制器請(qǐng)求訪問其它設(shè)備的過程。如回應(yīng)來自其它設(shè)備的請(qǐng)求，以及怎樣偵測(cè)錯(cuò)誤并記錄等。它制定了消息域格式和內(nèi)容的公共格式。MODBUS為單主站網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，所以系統(tǒng)中只能夠有一個(gè)Modbus主站，所有通信都由它發(fā)出并且只能夠?qū)崿F(xiàn)主站和從站的數(shù)據(jù)交換，從站之間不能進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，Modbus可支持247個(gè)之多的遠(yuǎn)程從屬控制器。但實(shí)際所支持的從機(jī)數(shù)要由所用通信設(shè)備決定。采用這個(gè)系統(tǒng)。各PC可以和中心主機(jī)交換信息而不影響各PC執(zhí)行本身的控制任務(wù)。CP341插人MODBUS主站Dongle(狗)或插入從站Dongle，就可以作為MODBUS主站。或者作為MODBUS從站。在ModBus系統(tǒng)中有兩種傳輸模式編碼可選擇，一種模式是ASCII(美國信息交換碼)，另一種模式是RTU(遠(yuǎn)程終端設(shè)備)，由這兩種模式定義這兩種傳輸模式與從機(jī)PC通信的能力是同等的。選擇時(shí)應(yīng)視所用ModBus主機(jī)而定。每個(gè)ModBus系統(tǒng)只能使用一種模式。不允許兩種模式混用。 
2 RTU幀結(jié)構(gòu)
    使用RTU模式，消息發(fā)送至少要以3．5個(gè)字符時(shí)間的停頓間隔開始。在相同的網(wǎng)絡(luò)波特率下采用多個(gè)的字符時(shí)間，這是zui容易實(shí)現(xiàn)的。傳輸?shù)?個(gè)域是設(shè)備地址，可以使用的傳輸字符是十六進(jìn)制的0...9，A...F。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷偵測(cè)網(wǎng)絡(luò)總線，包括停頓間隔時(shí)間內(nèi)。當(dāng)*個(gè)域(地址域)接收到后，每個(gè)設(shè)備都進(jìn)行解碼以判斷是否發(fā)往自己的，在zui后一個(gè)傳輸字符之后，一個(gè)至少3．5個(gè)字符時(shí)間的停頓標(biāo)定了消息的結(jié)束．一個(gè)新的消息可在此停頓后開始。整個(gè)消息幀必須作為一連續(xù)的流轉(zhuǎn)輸，如果在幀完成之前有超過1．5個(gè)字符時(shí)間的停頓時(shí)間，接收設(shè)備將刷新不完整的消息并假定下一字節(jié)是一個(gè)新消息的地址域。同樣地，如果一個(gè)新消息在小于3．5個(gè)字符時(shí)間內(nèi)接著前個(gè)消息開始，接收的設(shè)備將認(rèn)為它是前一消息的延續(xù)，這將導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤，因?yàn)樵趜ui后的CRC域的值不可能是正確的。一典型的消息幀如下所示：
起始位：T1-T2-T3-T4
設(shè)備地址：8 Bit
功能代碼：8 Bit
數(shù)據(jù)：N個(gè)8 Bit
CRC校驗(yàn)：16 Bit
結(jié)束符：T1-T2-T3-T4
3 RS422／485網(wǎng)絡(luò)工作過程
基于Modbus主從式工作的主站以廣播式的向所有從站發(fā)送請(qǐng)求數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包．其數(shù)據(jù)包中包含從站地址、功能代碼(即讀取的寄存器類型)、要讀取 字串2 
的寄存器的起始地址、該次要讀取的寄存器個(gè)數(shù)。并等待從站的響應(yīng)；掛在同一條RS485總線上的所有從站被動(dòng)的接收到主站的廣播包．然后解開這個(gè)廣播包把這個(gè)包中的從站地址與自己的地址對(duì)照．如果地址相同．該從站馬上把自己相應(yīng)寄存器中的數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上去：主站中的接收程序始終處于待命狀態(tài)．等待總線上從站發(fā)送來的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，并把響應(yīng)包中的數(shù)據(jù)序列化到自己的接收數(shù)據(jù)塊中。從站檢測(cè)到包中的從站地址與自己的地址不符時(shí)，則直接銷毀該包．就不做任何響應(yīng)。到此完成一個(gè)發(fā)送接收數(shù)據(jù)的過程。

4 CP341驅(qū)動(dòng)配置
    在您的計(jì)算機(jī)上首先安裝STEP7 5．x軟件和CP34x模板所帶的軟件驅(qū)動(dòng)程序．模板驅(qū)動(dòng)程序包括了對(duì)CP341進(jìn)行參數(shù)化的窗口(在STEP7的硬件
組態(tài)界面下可以打開)、用于串行通訊的FB程序塊。當(dāng)系統(tǒng)上電，CP34x模板初始化完成后，CP34x上的sF燈點(diǎn)亮：
在硬件組態(tài)窗口中雙擊CP341模板，打開CP341模板的屬性窗口，選擇通訊協(xié)議modbus，網(wǎng)絡(luò)工作方式設(shè)置為半雙工，請(qǐng)記錄下模板的硬件地址
以便在編程序時(shí)用到。雙擊CP341模板屬性窗口中的protocol 協(xié)議圖標(biāo)進(jìn)行協(xié)議參數(shù)設(shè)置，這里我們使用默認(rèn)值：96oo bit，s， 8 data bits， 1 stop bit，even parity。對(duì)的硬件組態(tài)存盤編譯，下載硬件組態(tài)．如果此時(shí)sF燈亮．請(qǐng)將通訊電纜與另一個(gè)通訊伙伴進(jìn)行連接后．SF燈熄滅，說明硬件組態(tài)正確。
5 程序編寫
(1)CP341發(fā)送模塊的設(shè)計(jì)而發(fā)送程序主要是通過調(diào)用功能塊FB8來實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)B8是基于上升沿觸發(fā)工作的．來一個(gè)上升沿FB8工作一次向總線上發(fā)
送一個(gè)請(qǐng)求數(shù)據(jù)包，所以在程序中一定要設(shè)計(jì)一個(gè)觸發(fā)代碼段，來不斷的使REQ：=M50．0循環(huán)往復(fù)的置“1”置“0”，這樣FB8就可以正常運(yùn)行了。
    在設(shè)計(jì)程序時(shí)一定要注意FB8的參數(shù)SF：=‘S’及R_TYP：=‘X’的值都是大寫否則程序調(diào)試不成功。FB8需要一個(gè)背景數(shù)據(jù)塊．這一背景數(shù)據(jù)塊一般由系統(tǒng)自動(dòng)生成．以上程序中為DB3；對(duì)于通過CP34 1的Modbus Master驅(qū)動(dòng)通訊的發(fā)送模塊需要設(shè)計(jì)發(fā)送數(shù)據(jù)塊DB塊．用來對(duì)主站發(fā)送參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和初始化。 
    Modbus能夠?qū)崿F(xiàn)的功能代碼共有10個(gè)．分別針對(duì)不同的寄存器讀寫功能設(shè)置．功能代碼Initial value：B#16#4的功能是讀從站的輸出數(shù)據(jù)寄存器
整數(shù)型、狀態(tài)字或浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)：寄存器的起始地址Initial value：W#16#0是功能代碼規(guī)定的寄存器的起始地址；讀取寄存器的數(shù)目Initial value：4的意義是從起始地址開始總共讀取4個(gè)寄存器。
(2)CP341接收程序的設(shè)計(jì)
    接收程序是調(diào)用FB7來實(shí)現(xiàn)的，由于CP341可以處理接收程序的細(xì)節(jié)部分．因此對(duì)于設(shè)計(jì)者來說只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收。接
收程序同樣也需要設(shè)計(jì)背景數(shù)據(jù)塊本例中為Db44塊和接收數(shù)據(jù)塊本例中為DB5塊。
(3)裝載設(shè)計(jì)好的發(fā)送接收程序FC 1與FC2。
6 參數(shù)化遠(yuǎn)程從站RTU ．
    以上介紹的是Modbus主站的應(yīng)用與程序設(shè)計(jì)，沒有對(duì)遠(yuǎn)程終端RTU從站進(jìn)行介紹．其實(shí)在進(jìn)行程序調(diào)試時(shí)必須對(duì)從站進(jìn)行一些參數(shù)設(shè)置使其參
數(shù)與主站要求的一致，包括協(xié)議類型、從站地址、寄偶校驗(yàn)、傳輸超時(shí)等，否則通訊很難成功。
7 總結(jié)
    隨著儀表自動(dòng)化技術(shù)的提高，帶各種通訊接口設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備將被大量應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)域，使全數(shù)字化、串行、雙向、互操作多快好省的遠(yuǎn)距離大數(shù)據(jù)量通訊成為可能．為數(shù)據(jù)監(jiān)控和管理中心監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工作狀態(tài)和分析挖掘數(shù)據(jù)關(guān)系提供了方便。Modibus RTU通訊是現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)的一個(gè)簡(jiǎn)單例證，成功的解決了現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)據(jù)和PLC通訊問題，節(jié)省了因標(biāo)準(zhǔn)儀表信號(hào)布線所需的大量電纜，并且可靠性得到了大幅度提高。是我們今后現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集通訊值得借鑒的一個(gè)典型代表。