西门子模块6GK7243-1EX01-0XE0

概述
在现场应用中，很多仪表和设备仅支持Modbus RTU的通讯协议，第三方仪表可以做Modbus主站或从站，西门子的通讯模块CP341 / CP441-2 通过Dongle（硬件狗）可以扩展该协议，S7-200 集成的口可以支持自由口通讯，通过指令库也可以方便的实现Modbus RTU通讯。本文以S7-200作为Modbus 主站，CP341作为Modbus 从站，实现Modbus RTU通讯，阐述两者在通讯方面的设置和注意事项。

2. 软件环境

2.1 STEP7 V5.4 SP4
用于编写 S7-300/400程序，此软件需要从西门子购买，本文档中的300的程序是使用Step7 V5.4 SP4的软件编写。

2.2 CP PTP Param V5.1 SP11
串行通讯模板的驱动程序，安装此驱动后才能对PtP模板进行参数配置，并在Step7中集成通讯编程需要使用的功能块。此驱动随购买模板一起提供，也可以从以下的链接：27013524

2.3 CP PTP Modbus Sl V3.1 SP7
CP341或CP441-2用于Modbus从站时，需要安装此驱动协议，但安装之前必须先安装PtP Driver，此驱动可以在购买Modbus Dongle时选择购买，

2.4 STEP7 Micro/WIN V4.0 SP6
用于S7-200编程的软件，本文档中的200的程序是使用Step7 Micro/win 的软件编写。

2.5 Toolbox_V32-STEP 7-Micro WIN 32 Instruction Library
S7-200实现Modbus RTU功能，可以使用Modbus的指令库，要使用西门子的标准指令库，必须先安装指令库的软件包 Instruction Library，安装后，可以在Step 7-Micro/WIN软件的库中找到Modbus相关的指令，

3. 硬件列表和接线

3.1 硬件列表

表1 硬件设备

3.2 硬件接线

3.2.1 接口定义
S7-200的通讯口为RS485物理口（9针口），CP341是RS422/485的接口类型（15针口），两种设备的接口引脚的示意图如下所示，更详细的信息可以参考CP341及S7-200通信接口的手册。

图1 S7-200 CPU通信口引脚定义

图2 S7-300 CP341 RS422/485 通讯口引脚定义

3.2.2 接线示意图

图3 硬件结构和接线示意图

4. 组态设置和编程

4.1 S7-200做Modbus主站的设置
S7-200 CPU上的通信口在电气上是标准的RS-485半双工串行通信口，此串行字符通信的格式：1个起始位；7/8位数据位；1位奇/偶/无校验；1停止位。通信波特率可以设置为1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或112500，符合这些格式的串行通讯设备可以和S7-200进行自由口通讯，Modbus RTU指令库就是使用自由口编程实现的。

4.1.1 Modbus RTU主站库

使用Modbus 主站指令库时需要注意的几点：

• 需要S7-200的编程软件是 Micro/WIN V4.0 SP5及以上版本；
• Modbus RTU 主站库对CPU的版本有要求，CPU 的版本必须为 2.00 或者 2.01（即订货号为 6ES721*－***23-0BA*）；
• Modbus主站可读/写的大数据量为120个字（指每一个 MBUS_MSG 指令）；
• Modbus 主站库支持Port0和Port1（从站库只支持Port0口），本例中用Port0；
• 使用Modbus 库时必须对库存储区进行分配，见下图设置，而且分配的空间不能和程序中其它空间冲突，否则编译调用会报错。

图4 库存储区设置

• Modbus主站库支持的功能码和地址对应关系：
   

  Modbus 地址	读 / 写	Modbus 从站须支持的功能
  00001~09999	读	功能1：读输出点
  数字量输出	写	功能5：写单个输出点
  		功能15：写多个输出点
  10001~19999	读	功能2：读输入点
  数字量输入
  30001~39999	读	功能4：读输入寄存器
  输入寄存器
  40001~49999	读	功能3：读保持寄存器
  保持寄存器	写	功能6：写单个寄存器
  		功能16：写多个寄存器

  表2需要从站支持的功能

4.1.2 S7-200 Modbus主站编程
编程时，使用SM0.0调用MBUS_CTRL完成主站的参数初始化，详细见下表，参数的说明也可以从子程序的局部变量表中找到。

图5 Modbus RTU 主站初始化

图中各参数含义如下

. 通讯测试
Modbus RTU格式通信协议是以主从的方式进行数据传输的，在传输的过程中主站是主动方，即主站发送数据请求报文到从站，从站返回响应报文。Modbus 系统间的数据交换是通过功能码来控制的，以下对现场常用的功能码进行分类测试，关于功能码的详细信息请参考手册。

西门子模块6GK7243-1EX01-0XE0

1.    CP 243-1 通信处理器用于将 S7-200 连接到工业以太网并具有以下特性：

将 CPU S7-200 连接到工业以太网上 
1 个 RJ45 接口，10/100 Mbit/s 全双工/半双工连接，带自适应/自协商和自动切换功能
通信服务： 
与 PG/OP 进行通信 
与 S7 进行通信
在工业以太网上可使用 STEP 7 Micro/WIN 进行组态、远程编程和服务 (程序上传和下载，状态) 
在工业以太网上可实现 CPU/CPU 通信 (客户端 + 服务器，8 个 S7 连接 + 1 个 PG 连接) 
IT 通信 
提供 Web 功能 
提供电子邮件功能 
提供 FTP 客户端功能，用于程序控制的数据通信 (如：DOS、UNIX、Linux 或嵌入式系统)
FTP 服务器 
一台 S7 OPC 服务器，可实现在 PC 应用中对 PLC 数据进行进一步处理
在该产品升级的过程中，实现了以下功能改进： 
  1) 现在可通过 SMTP-Auth 进行电子邮件的验证发送

  2) 可通过 DHCP (先前是 BOOTP) 自动获取 IP 地址

可通过 Micro/WIN V4.0.8 对 CP 243-1 进行组态。由于其兼容性的原因，也可使用 V3.2.3 或更高版本进行组态。然而，在这种情况下，不能提供上述的功能改进。

2.   应用目标

CP 243-1 通信处理器可用于将 S7-200 连接到工业以太网上。 
带有 STEP 7-Micro/WIN 的 SIMATIC 可以在工业以太网上进行组态、远程编程和诊断。 
带有 CP 243-1 的 S7-200 控制器可与工业以太网上的其它 S7 控制器进行数据交换。 
可使用 Web 技术实现简单的可视化，并提供电子邮件发送和文件处理 (FTP) 功能。通过 CPU 可对 CP 243-1 的文件系统进行管理。该文件系统服务可用作大容量存储设备、交叉系统计算机链接，以及用于存储 HTML 页面和 Java 小应用程序。CP 243-1 的大文件系统，除了存储 HTML 页面之外，还可以存储机器文档或用户手册。 
使用路由器可通过电话线或因特网访问分布在各处的工厂，并在 Web 浏览器支持下完成简单的诊断、发信号或用户功能。CP 243-1 特别适用于工厂车间，在这些车间中如果使用 PC 进行*监控，则成本非常高。 
PC 应用程序可通过 S7 OPC 服务器访问 S7-200 的数据。这样，可方便地归档过程数据，或作进一步处理。