西門子模塊6ES7215-1AG40-0XB0

概述
在現(xiàn)場應用中，很多儀表和設備僅支持Modbus RTU的通訊協(xié)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(xié)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(xiàn)Modbus RTU通訊。本文以S7-200作為Modbus 主站，CP341作為Modbus 從站，實現(xiàn)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(huán)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(qū)動程序，安裝此驅(qū)動后才能對PtP模板進行參數(shù)配置，并在Step7中集成通訊編程需要使用的功能塊。此驅(qū)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(qū)動協(xié)議，但安裝之前必須先安裝PtP Driver，此驅(qū)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(xiàn)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(tài)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(shù)據(jù)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(xiàn)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/寫的數(shù)據(jù)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(qū)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(diào)用會報錯。

圖4 庫存儲區(qū)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(shù)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(shù)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(diào)用MBUS_CTRL完成主站的參數(shù)初始化，詳細見下表，參數(shù)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(shù)含義如下

. 通訊測試
Modbus RTU格式通信協(xié)議是以主從的方式進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，在傳輸?shù)倪^程中主站是主動方，即主站發(fā)送數(shù)據(jù)請求報文到從站，從站返回響應報文。Modbus 系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換是通過功能碼來控制

西門子模塊6ES7215-1AG40-0XB0

產(chǎn)品特性：

針對低性能要求的模塊化中小控制系統(tǒng) 可配不同檔次的CPU

可選擇不同類型的擴展模塊 可以擴展多達32個模塊

模塊內(nèi)集成背板總線 網(wǎng)絡連接 - 多點接口 (MPI), -PROFIBUS或-工業(yè)以太網(wǎng)

通過編程器PG訪問所有的模塊 無插槽限制

助于“HWConfig"工具可以進行組態(tài)和設置參數(shù)

產(chǎn)品特點：

循環(huán)周期短、處理速度高 指令集功能強大（包含350多條指令），可用于復雜功能

產(chǎn)品設計緊湊，可用于空間有限的場 模塊化結構，設計更加靈活

有不能檔次的CPU模塊可供選用 功能模塊和I/O模塊可選擇

有可在露天惡劣條件下使用的模塊類型

工作原理：

PLC采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式。OB1 是用于循環(huán)處理的組織塊（主程序），它可以調(diào)用別的邏輯塊，或被中斷程序（組織塊）中斷。

·在起動完成后，不斷地循環(huán)調(diào)用OB1，在OB1 中可以調(diào)用其它邏輯塊(FB, SFB, FC 或SFC)。

循環(huán)程序處理過程可以被某些事件中斷。

在循環(huán)程序處理過程中，CPU 并不直接訪問I/O模塊中的輸入地址區(qū)和輸出地址區(qū)，而是訪問CPU 內(nèi)部的輸入/輸出過程映像區(qū)（在CPU的系統(tǒng)存儲區(qū)）

編程工具:

使用STEP7軟件對S7-300進行編程，目前S7-300的編程軟件版本為STEP7 V5.5 SP2。

STEP7包含了自動化項目從項目的啟動、實施到測試以及服務每一個階段所需的全部功能。

STEP7中的編程語言

1、順序功能圖 2、梯形圖 3、語句表 4、功能塊圖 5、結構文本

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S7-300組成部件:

S7-300采用了模塊式結構，由以下幾部分組成。

1．*處理器模塊( CPU)

各種型號的CPU有不同的性能，例如有的CPU集成了數(shù)字量和模擬量的I/O通道，有的CPU集成了PROFIBUS-DP的通信接口。CPU面板上有狀態(tài)指示燈、模式轉換開關、24V電源端子、電池盒和存儲卡插槽。

2．電源模塊( PS)

電源模塊用于將220V交流電轉換為24V直流電，供給CPU和其他模塊使用。電源模塊的額定輸出電流有2A、SA和10A 3種，電源模塊的面板上有工作開關和狀態(tài)指示燈，當電源過載時指示燈會閃爍。

3．信號模塊( SM)

信號模塊包括了數(shù)字量和模擬量的I/O模塊，它們作為PLC的過程輸入和輸出通道。信號模塊主要有數(shù)字量輸入模塊SM321、數(shù)字量輸出模塊SM322、模擬量輸入模塊SM331和模擬量輸出模塊SM332。模擬量輸入模塊可以輸入熱電偶、熱電阻、DC4~ 20mA和DC0~10V等多種不同類型和不同量程的模擬量信號。信號模塊通過背板總線將現(xiàn)場的過程信號傳遞給CPU。

4．功能模塊( FM)

功能模塊主要用于對實時性和存儲容量要求較高的特殊控制任務，例如計數(shù)器模塊、快速/慢速進給驅(qū)動位置控制模塊、電子凸輪控制器模塊、步進電動機定位模塊、伺服電動機定位模塊、定位和連續(xù)路徑控制模塊、閉環(huán)控制模塊、工業(yè)標識系統(tǒng)的接口模塊、稱重模塊、位置輸入模塊和超聲波位置解碼器等。

5．通信處理器(CP)

通信處理器用于PLC與PLC之間、PLC與計算機之間、PLC與其他智能設備之間的通信，它可以將PLC連入PROFIBUS現(xiàn)場總線、AS-I現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)，或用于實現(xiàn)點對點通信等。通信處理器可以減輕CPU處理通信的負擔，并減少用戶對通信的編程工作。

6．接口模塊(IM)

接口模塊用于組成多機架系統(tǒng)時連接主機架(CR)和擴展機架(ER)。S7 -300通過主機架和3個擴展機架，zui多可以配置32個信號模塊、功能模塊和通信處理器（需要相應的CPU支持）。

7．導軌

導軌由不銹鋼制作，用于進行物理固定。