一.功能概述

Modbus TCP通信是施耐德公司于1996年推出的基于以太網TCP/IP的Modbus協議，即Modbus TCP。Modbus TCP通信協議是開放式協議，很多設備都集成此協議，比如PLC、機器人、智能工業相機和其他智能設備等。Modbus TCP通信結合了以太網物理網絡和TCP/IP網絡標準，采用包含有Modbus應用協議據的報文傳輸方式。Modbus設備間的數據交換是通過功能碼實現的，有些功能碼是對位操作，有些功能碼是對字操作。S7-1200 CPU集成的以太網口支持Modbus TCP通信，可作為Modbus TCP客戶端或者服務端。Modbus TCP通信使用TCP通信作為通信路徑，其通信時將占用S7-1200 CPU的開放式用戶通信連接資源，通過調用Modbus TCP客戶端(MB_CLIENT)指令和服務端(MB_SERVER)指令進行數據交換。

二.指令說

在指令選項卡中選擇“通信”→“其他”→“MODBUS TCP”，Modbus TCP通信指令列表如圖1。

圖1 Modbus TCP指令

Modbus TCP通信主要包括兩個指令，“MB_CLIENT”指令和“MB_SERVER”，每個指令塊拖拽到程序工作區中將自動分配背景數據塊，背景數據塊的名稱可自行修改，背景數據塊的編號可以手動或自動分配。

1.“MB_CLIENT”指令

(1) 指令介紹

“MB_CLIENT”指令作為 Modbus TCP 客戶端指令，可以在客戶端和服務器之間建立連接、并發送 Modbus 請求、接收響應和控制服務器斷開，指令如圖2所示。

圖2 MB_CLIENT指令

(2) 指令參數

該指令的輸入輸出引腳參數的意義如表1所示。

表1 “MB_CLIENT”指令引腳參數

2.“MB_SERVER”指令

(1) 指令介紹

“MB_SERVER”指令作為 Modbus TCP 服務器通過以太網連接進行通信。“MB_SERVER”指令將處理 Modbus TCP 客戶端的連接請求，并接收處理 Modbus 請求和發送響應，指令如圖3所示。

圖3 MB_SERVER指令

(2) 指令參數

該指令的輸入輸出引腳參數的意義如表2所示。

表2 “MB_SERVER”指令引腳參數

三.實施內容

1.實例名稱

Modbus TCP通信應用實例

2.實例描述

兩臺S7-1200 PLC之間作Modbus TCP通信，一臺作為客戶端，一臺作為服務器?？蛻舳藢B10.DBW0- DB10.DBW4的數據寫到服務器的DB100.DBW0- DB100.DBW4中。

3.硬件組成

(1) CPU1214C DC/DC/DC，兩臺，訂貨號：6ES7 214-1AG40-0XB0；(2) 四口交換機，一臺；(3) 編程電腦，一臺，已安裝博途V15.1軟件。

四.實例實施

1.客戶端程序編寫

第一步：新建項目及組態S7-1200 CPU

打開博途軟件，在Portal視圖中，單擊的“創建新項目”按鈕，并輸入項目名稱(Modbus TCP通信應用實例)，路徑和作者等信息，然后單擊“創建”即可生成新項目。進入項目視圖，在左側的項目樹中，單擊“添加新設備”，隨即彈出添加新設備對話框，如圖4所示。在此對話框中選擇的CPU型號和版本號（必須與實際設備相匹配），然后單擊“確定”按鈕。

圖4 添加新設備對話框

第二步：設置CPU屬性

在項目樹中，選擇“PLC_1[CPU 1214C DC/DC/DC]”，雙擊“設備組態”，在“設備視圖”的工作區中，選中PLC_1，在其巡視窗口中的“屬性”→“常規”的選項卡中，選擇“PROFINET接口[X1]”→“以太網地址”，修改CPU以太網IP地址如圖5所示。

圖5 以太網IP地址

在其巡視窗口的“屬性”→“常規”的選項卡中，選擇“系統和時鐘存儲器”，激活“啟用時鐘存儲器字節”復選框，如圖6所示。

圖6 系統和時鐘存儲器

備注：程序中會用到時鐘存儲器M0.5。

第三步：創建PLC變量表

在項目樹中，選擇“PLC_1[CPU 1214C DC/DC/DC]”→“PLC變量”，雙擊“添加新變量表”，并命名變量表為“PLC變量表”，在“PLC變量表”中新建變量如圖7所示。

圖7 PLC變量表

第四步：創建發送數據區

(1) 在項目樹中，選擇“PLC_1[CPU 1214C DC/DC/DC]”→“程序塊”→“添加新塊”，選擇“數據塊(DB)”創建DB塊，數據塊名稱為“數據塊_1”，手動修改數據塊編號為10，單擊“確認”按鈕，如圖8所示。

圖8 創建數據塊

(2) 需要在DB塊屬性中取消優化的塊訪問，單擊“確認”按鈕，如圖9所示。

圖9 取消優化塊的訪問

(3)在DB塊中，創建5個字的數組用于存儲發送數據，如圖10所示。

圖10 發送數據區

第五步：創建MB_CLIENT指令的連接描述DB塊

在項目樹中，選擇“PLC_1[CPU 1214C DC/DC/DC]”→“程序塊”→“添加新塊”，選擇“數據塊(DB)”創建 DB 塊，數據塊名稱為“數據塊_2”，手動修改數據塊編號為11 ，單擊 “確定”按鈕。添加變量“通信設置”，數據類型為TCON_IP_v4，如圖11所示。

圖11 通信數據設置

主要參數說明如下：

① InterfaceID：在變量表的默認變量表中可以找到PROFINET接口的硬件標識符；② ID：輸入一個介于 1 到 4095 之間的連接 ID 編號；③ ConnectionType：對于 TCP/IP，使用默認值 16#0B(十進制數 = 11)；④ ActiveEstablished：該值必須為1或TRUE。主動連接，由 MB_CLIENT啟動Modbus TCP通信；⑤ RemoteAddress：目標Modbus TCP服務器的IP地址；⑥ RemotePort：默認值為 502。該編號為 MB_CLIENT試圖連接和通信的Modbus服務器的IP端口號；⑦ LocalPort：對于 MB_CLIENT 連接，該值必須為 0。

第六步：編寫OB1主程序

編寫“MB_CLIENT”指令程序段部分，如圖12所示。當M0.5上升沿有效時，客戶端將MB_DATA_PTR數據寫入服務器的Modbus地址40001~40005。

圖12 MB_CLIENT指令

主要參數說明如下：

① REQ：在上升沿時執行該指令；② DISCONNECT：0表示建立連接；③ MODE：1表示寫操作；④ MB_DATA_ADDR：從站中的起始地址；⑤ MB_DATA_LEN：寫的數據長度；⑥ MB_DATA_PTR：寫的數據地址；⑦ CONNET：引用包含系統數據類型為“TCON_IP_v4”的連接參數的數據塊。

2.服務端程序編寫

第一步：組態S7-1200 CPU

在左側的項目樹中，單擊“添加新設備”，隨即彈出添加新設備對話框，如圖13所示。在此對話框中選擇的CPU型號和版本號（必須與實際設備相匹配），然后單擊 “確定”按鈕。

圖13 添加新設備對話框

第二步：設置CPU屬性

在項目樹中，選擇“PLC_2[CPU 1214C DC/DC/DC]”，雙擊“設備組態”，在“設備視圖”的工作區中，選中PLC_2，在其巡視窗口中的“屬性”→ “常規”的選項卡中，選擇“PROFINET接口[X1]”→“以太網地址”，修改CPU以太網地址如圖14所示。

圖14 以太網IP地址

第三步：創建PLC變量表

在項目樹中，選擇“PLC_2[CPU 1214C DC/DC/DC]”→“PLC變量”，雙擊“添加新變量表”，并命名變量表為“PLC變量表”，在“PLC變量表”中新建變量如圖15所示。

圖15 PLC變量表

第四步：創建數據接收區

(1) 在項目樹中，選擇“PLC_2[CPU 1214C DC/DC/DC]”→“程序塊”→“添加新塊”，選擇“數據塊(DB)”創建DB塊，數據塊名稱為“數據塊_1”，手動修改數據塊編號為100，單擊“確認”按鈕，如圖16所示。

圖16 創建數據塊

(2) 需要在DB塊屬性中取消優化的塊訪問，單擊“確認”按鈕，如圖17所示。

圖17 取消優化塊的訪問

(3) 在DB塊中，創建5個字的數組用于存儲發送數據，如圖18所示。

圖18 接收數據區

第五步：創建MB_CLIENT指令的CONNECT引腳的連接描述指針DB塊

在項目樹中，選擇“PLC_2[CPU 1214C DC/DC/DC]”→“程序塊”，雙擊“添加新塊”， 選擇“數據塊(DB)”創建 DB 塊，數據塊名稱為“數據塊_2”，手動修改數據塊編號為101 ，單擊“確定”按鈕。添加變量“通信設置”，數據類型為TCON_IP_v4，如圖19所示。

圖19 通信數據設置

主要參數說明如下：

① InterfaceID：在變量表的默認變量表中可以找到PROFINET接口的硬件標識符；② ID：輸入一個介于 1 到 4095 之間的連接 ID 編號；③ ConnectionType：對于 TCP/IP，使用默認值 16#0B(十進制數 = 11)；④ ActiveEstablished：該值必須為0或 FALSE。被動連接，MB_SERVER正在等待Modbus客戶端的通信請求；⑤ RemoteAddress：目標Modbus TCP客戶端的IP地址；⑥ RemotePort：對于MB_SERVER 連接，該值必須為0；⑦ LocalPort：默認值為 502。該編號為MB_SERVER 試圖連接和通信的Modbus客戶端的IP端口號。

第六步：編寫OB1主程序

編寫“MB_SERVER”指令程序段部分，如圖20所示。服務端將Modbus地址40001~40005的數據寫入DB100.DBW0-DB100.DBW5中。

圖20 MB_SERVER指令

主要參數說明如下：

① DISCONNECT：0表示建立連接；② MB_HOLD_REG：Modbus保持寄存器40001對應的地址；③ CONNET：引用包含系統數據類型為“TCON_IP_v4”的連接參數的數據塊。

3．程序測試

程序編譯后，下載到S7-1200 CPU，通過監控表監控通信數據，監控表如圖21和22所示。

圖21 PLC_1監控表

圖22 PLC_2監控表

五.應用經驗總結

① Modbus TCP客戶端可以支持多個TCP連接，連接的Zui大數目取決于所使用的CPU；② Modbus TCP客戶端如果需要連接多個Modbus TCP服務器，需要調用多個MB_CLIENT指令，每個MB_CLIENT指令需要分配不同的背景數據塊和不同的連接ID；③ Modbus TCP客戶端對同一個Modbus TCP服務器進行多次讀寫操作時，需要調用多個MB_CLIENT指令，每個MB_CLIENT指令需要分配相同的背景數據塊和相同的連接ID，且同一時刻只能有一個MB_CLIENT指令被觸發。