S7-300/400集成PN口MODBUS TCP通讯(STEP7)

1.“ModbusTCP PN-CPU V2.6”块库使用说明

1)该功能块库可以用于S7-300/400单站系统或ET200S带CPU的接口模块通过CPU的集成PN口进行ModbusTCP通讯。

2)由于需要在SIMATIC站与其他通讯伙伴之间建立TCP连接用于Modbus通讯，而对于CPU的集成PN口来说使通过Open IE(开放式以太网通讯)的方式来建立TCP连接，因此需要调用SIMATIC S7标准功能块，包括FB63(TSEND)、FB64(TRCV)、FB65(TCON)、FB66(TDISCON)完成TCP的连接管理和数据通讯。

需要注意的是对于用于Modbus TCP的功能块FB63/64/65/66有一定的版本要求如下：

FB63(TSEND) V2.1或更高

FB64(TRCV) V2.2或更高

FB65(TCON) V2.4或更高

FB66(TDISCON) V2.1或更高

3)通过S7-CPU的PROFINET接口进行Modbus TCP通信时，需要使用通信块FB65 "TCON"、FB66 "TDISCON"、FB63 "TSEND"和FB64 "TRCV"，要进行Modbus TCP通信，必须在数据块中为每个连接指定相应的参数，因此通过Modbus TCP Wizard向导软件，可以非常便捷地指定各连接的参数，通过Modbus TCP Wizard，只需指定各连接类型所需的相应参数，之后，该向导将包含有连接描述的所有参数的DB导入到STEP 7项目中，向导的安装界面如下图1所示，另外通过软件包安装集成到Step7后也有参数DB，具体可以根据实际的项目情况来进行调整，详细地内容将在下面的配置章节中详细描述。

图1 Modbus TCP Wizard起始界面

Modbus TCP Wizard的相关信息及下载可以参考以下连接：关于创建 Modbus TCP 通信所需连接数据的向导 (Modbus TCP Wizard)

当将软件选项包安装完集成到Step7时，可以在Step7安装文件的相应目录中找到块库、例程、英文手册，如下图2~4所示，在实际的项目调试过程中由于例子程序的各项功能比较完善，因此可以直接使用例子程序根据项目的实际情况修改相应的参数即可，可以节省大量的参数设置时间，以下主要描述了使用软件选项包” ModbusTCP PN-CPU V2.6"配置S7-300/400站基于CPU集成PN口进行Modbus TCP通讯的详细配置和编程步骤。

图2块库、例程、英文手册和软件注册的文件夹位置

图3例程(注:当找不到例程时可以通过”Browse..”按钮来进行查找)

图4功能块库(注:当找不到块库时可以通过”Browse..”按钮来进行查找)

2. 配置S7-400单站系统通过CPU集成PN口作为Server进行Modbus TCP通讯

下面以S7-400单站系统及Modscan32软件为例，详细介绍如何将S7-400单站系统通过CPU集成PN口配置为Server，Modscan32为Client进行Modbus TCP通讯，下图5为服务器功能块库的程序结构及各功能块完成的功能：

图5服务器功能块库程序结构

注：Modscan32软件可以从网上免费下载得到，本例中使用的版本为V7.0版，由于各版本的功能不尽相同，因此需要注意版本问题。

2.1例子中使用的硬件设备及软件

本例中所用的硬件设备如下表：

表1服务器硬件清单

所用到软件如下表：

表2服务器软件清单

2.2 S7-400系统及Modscan32软件组态

打开Step7软件，新建一个工程项目文件，命名为“M_TCP_CPU_V26 (Server)”,在项目下插入一个S7-400站，如下图6所示：

图6新建S7-400 Station

双击插入的SIMATIC 400 Station的“Hardware”，打开硬件组态，在硬件组态界面下分别插入机架，电源PS407、CPU414-3PN/DP，本例中将CPU的PN口IP地址设为192.168.70.2，如下图7所示：

图7硬件组态并设置PN接口的IP地址

硬件组态完成后，编译保存，并将例程站点“SIMATIC 400(Server)”中的程序（System data不需要拷贝）拷贝到该项目中。

由于需要在SIMATIC站与其他通讯伙伴之间建立TCP连接用于Modbus通讯，而对于CPU的集成PN口来说须通过Open IE(开放式以太网通讯)的方式来建立TCP连接，通过S7-CPU的PROFINET接口进行Modbus TCP通信时，需要使用通信块FB65 "TCON"、FB66 "TDISCON"、FB63 "TSEND"和FB64 "TRCV"，要进行Modbus TCP通信，必须在数据块中为每个连接指定相应的参数，相应得参数在程序中主要由DB2“MODBUS_PARAM“来完成初始化，其中各参数的含义如下图8、9所示：

图8 DB2“MODBUS_PARAM“的TCP连接参数设置部分

关于DB2“MODBUS_PARAM”的TCP连接参数含义如下表3所示:

表3 DB2“MODBUS_PARAM”的TCP连接参数含义

图9 DB2“MODBUS_PARAM”的Modbus参数设置部分

2.3 通讯测试

由于“ ModbusTCP PN-CPU V2.6”选项包支持功能码FC1，2，3，4，5，6，15，16，不同的功能码测试过程中类似，因此下面以FC03(读写保持寄存器)为例来说明通讯测试的整个过程，对于其他功能码的测试将不再重复描述，对于Modbus的数据类型可参考下表4：

表4 Modbus数据类型

由于服务器主功能块FB102“MODBUSPN”的参数需要初始化，因此分别在OB100及OB1中调用FB102，在OB100中调用FB102完成相关参数的初始化，FB102的管脚分布如下图10所示：

图10 FB102“MODBUSPN”的管脚参数定义

注意：在图16中已经填写的参数不需要初始化，在OB1调用赋值；而未填写的参数需要初始化，在OB100中调用完成。

打开Modscan32软件，在“Connection--->connect”中打开连接属性对话框，连接接口选择“Remote TCP/IP Server”，IP Address分别填入CPU的IP地址192.168.70.2，Service为远程服务器的端口502，在协议的选择对话框中可以定义传输模式、通讯超时响应时间，报文发送间隔及允许写多个保持寄存器等，这里分别保持缺省设置即可，如下图11所示：

图11对应TCP通讯的Modscan32连接窗口

下载硬件组态及程序到CPU中，将DB2“MODBUS_PARAM”的参数“server_client”使能为1，在Modscan32的“Set up->Data Definition”中设置数据扫描周期、寄存器连接类型、起始地址、长度等，如下图12所示：

图12 Modscan32中Modbus数据参数定义

由于Modbus的内部地址编排时基于数据链路层和应用层有一定的映射关系，因此Modbus的地址与SIMATIC中的DB块的地址时按照一定的地址映射关系来相对应，这样造成了DB块中有一定的地址偏移量，在本例中假设数据区的定义如下图19所示，其DB偏移量、Modbus物理编址、应用层编址如下图14所示：

图13本例中的数据区定义

图14 DB偏移量、Modbus物理编址、应用层编址对应关系

在Step7的项目程序中新建一个变量监控表，插入需要监控的参数和数据区变量，可以看到Modscan32软件与CPU414-3PN/DP的数据通讯已经建立起来了，双方可以进行正常的保持寄存器数据读写操作，如下图15所示：

图15通讯连接建立

3.配置S7-400单站系统通过CPU集成PN口作为Client进行Modbus TCP通讯

下面以S7-400单站系统及ModSim32软件为例，详细介绍如何将S7-400单站系统CPU的集成PN口配置为Client，ModSim32为Server进行Modbus TCP通讯，由于客户端和服务器模式均使用相同的功能块，因此客户端功能块库的程序结构及各功能块完成的功能可以参考图5。

3.1例子中使用的硬件设备及软件

本例中所用的硬件设备如下表：

表5客户端硬件清单

所用到软件如下表：

表6:客户端软件清单

3.2 S7-400单站系统与ModSim32软件组态

打开Step7软件，新建一个工程项目文件，命名为“M_TCP_CPU_V26(Client)”,在项目下插入一个S7-400站，如下图16所示：

图16新建S7-400 Station

双击插入的SIMATIC 400 Station的“Hardware”，打开硬件组态，在硬件组态界面下分别插入机架，电源PS407、CPU414-3PN/DP，本例中将CPU的PN口IP地址设为192.168.70.2，如下图17所示：

图17硬件组态并设置CPU的IP地址

由于需要在SIMATIC站与其他通讯伙伴之间建立TCP连接用于Modbus通讯，而对于CPU的集成PN口来说须通过Open IE(开放式以太网通讯)的方式来建立TCP连接，通过S7-CPU的PROFINET接口进行Modbus TCP通信时，需要使用通信块FB65 "TCON"、FB66 "TDISCON"、FB63 "TSEND"和FB64 "TRCV"，要进行Modbus TCP通信，必须在数据块中为每个连接指定相应的参数，相应得参数在程序中主要由DB2“MODBUS_PARAM”来完成初始化，关于DB2“MODBUS_PARAM”各参数的含义请参见2.2章节中的图8、9说明。

硬件组态完成后，编译保存，并将例程站点“SIMATIC 400(Client)”中的程序（System data不需要拷贝）拷贝到该项目中。打开DB2“MODBUS_PARAM”并切换到数据视图，修改需要访问的Modbus TCP server的IP地址和端口号，本例中作为服务器的电脑IP为192.168.70.245，端口号为502；设置方式如下图18所示：

图18 S7-400单站系统做客户端时不同的功能码的参数定义

3.3通讯测

由于“ModbusTCP PN-CPU V2.6”选项包支持功能码FC1，2，3，4，5，6，15，16，不同的功能码测试过程中类似，因此下面同样以FC03(读写保持寄存器)为例来说明通讯测试的整个过程，对于其他功能码的测试将不再重复描述。

需要说明的是由于客户端功能块需要定义具体的功能码，而主功能块FB102“MODBUSPN”并没有直接的管脚来定义功能码，而是由DB2“MODBUS_PARAM”中的两个参数“DATA_TYPE”和“single-write”共同决定，详细情况如下图19所示：

图19 S7-400单站系统做客户端时不同的功能码的参数定义

由于客户端和服务器均使用相同的功能块FB102“MODBUSPN”的参数需要初始化，因此分别在OB100及OB1中调用FB102，在OB100中调用FB102完成相关参数的初始化，FB102的管脚分布参见2.3章节中图10的说明。

打开ModSim32软件，在“Connection--->connect”中打开连接属性对话框，连接接口选择“Modbus/TCP svr”，TCP/IP Server Port为本地服务器的端口502，如下图20所示：

图20 ModSim32中设置端口号

下载硬件组态及程序到CPU中，将DB2“MODBUS_PARAM”的参数“server_client”使能为0，给参数ENQ_ENR发送脉冲信号；在打开的ModSim32软件窗口设置寄存器连接类型、起始地址、长度等，如下图21所示:

图21 ModSim32中Modbus数据参数定义

关于SIMATIC中DB偏移量、Modbus物理编址、应用层编址对应关系请参考本文中2.3章节图14的说明。

在Step7的项目程序中新建一个变量监控表，插入需要监控的参数和数据区变量，可以看到ModSim32软件与CPU414-3PN/DP的数据通讯已经建立起来了，双方可以进行正常的保持寄存器数据读写操作(读写权限由参数"WRITE_ READ"决定)，如下图22所示：

图22 S7-400单站系统作为客户端与ModSim32软件通讯

4.“ModbusTCP PN-CPU V2.6” 软件包通讯使用总结及相关注意事项

由于是通过PC测试软件interwetten与威廉的赔率体系 第三方设备与SIMATIC CPU的集成PN口进行Modbus TCP通讯，因此在实际的第三方设备与CPU的集成PN口进行通讯时需要注意以下几点：

1)由于订货号2XV9450-1MB02程序中会占用CPU较大的装载和工作存储区，因此对于性能比较低特别是S7-300的低端CPU进行通讯时必须考虑一定的富余量。

2)对于SIMATIC S7，参数DB_x的数据区建议使用不同的DB块，使用同一个DB的不同地址区会造成地址编排混乱，另外参数Start_x与END_x参数不能出现地址叠加情况。

3)第三方设备的数据区与SIMATIC S7的数据DB块的地址对应关系可以先按照第三方的数据区域Modbus地址的偏移关系之后计算相应的偏移量。

4)建议使用项目中的样例程序，只须修改连接ID，定义通讯双方的IP地址、端口号及相应的数据存储区等，能减少编程量，只须把样例程序放到一个单独的FC块中即可，样例程序中定义了足够的数据区，连接成功及错误次数指示等。

5)Modbus TCP每一包的数据最多只能发送125个寄存器或2000个比特位，超过该范围必须进行分包处理。

6)S7-300/400作为Client能与多少个Server建立通讯或者作为Server时能与多少个Client通讯取决于产品所支持的TCP连接数，Modbus/TCP协议并没有对此进行约束和限制。

7)如果使用SIMATIC S7作为Modbus服务器，那么一些CPU的可用端口号会受到限制，以下端口号可用于本地端口，如下图23所示:

图23 SIMATIC作为Modbus服务器的端口号使用限制

详细情况可参考以下FAQ连接:哪些通信口可以进行 Modbus/TCP 通讯，作为 Modbus 服务器的 SIMATIC S7 CPU 可以与多少个 Modbus 客户端通信？

5 “ModbusTCP PN-CPU V2.6” 软件包授权

未经授权的Modbus TCP软件可用于测试和学习，不允许用于商业行为；未经授权的软件测试时CPU的INTF指示灯红色闪烁，并在CPU故障缓冲区生成错误信息；同时，Modbus TCP功能块报错，如图24、25所示：

图24CPU诊断缓冲区报错

图25Modbus TCP功能块报错A090

每个CPU都需要对功能块MODBUSPN进行授权。授权有两个步骤：读取IDENT_CODE和申请注册码REG_KEY。且在CPU中必须调用OB121。

5.1 读取IDENT_CODE

1、下载程序并将CPU切换到RUN模式；

2、打开MODBUSPN（FB102）的背景块DB102，确认IDENT_CODE的偏移地址为54；如图26所示：

图26确认IDENT_CODE的偏移地址

3、打开变量监视表，输入DB102.DBB54开始的20个字节，偏移地址56开始的18个字符即为IDENT_CODE，监控如图27所示：

图27确认IDENT_CODE

4、按上图方式，获取IDENT_CODE和软件包装上的License-No，并按照章节6.2和6.3的描述步骤申请注册码。

5.2 通过拨打西门子授权服务中心申请注册码REG_KEY

授权中心联系方式：010-64757575

通过西门子授权服务中心申请注册码时，需要您提供所购买的软件订货号、IDENT_CODE和软件包装上的License-No，如图27所示。

5.3 通过网站申请注册码REG_KEY

1、通过西门子威廉希尔官方网站 支持网站申请，打开如下网址，点击“威廉希尔官方网站 问题提交”：

https://support.automation.siemens.com/CN/llisapi.dll?func=cslib.csinfo2&aktprim=99&lang=zh

图28威廉希尔官方网站 支持网站

2、请按如下示例的步骤进行操作（注意：由于步骤3搜索出来的参考信息无法解决授权问题，请直接点击“继续”进入步骤4），如图29~33所示。

图29步骤1

图30步骤2

图31步骤3

图32步骤4

图33步骤5

5.4 使用注册码REG_KEY

1、西门子授权中心收到威廉希尔官方网站 支持申请后，将会尽快给您回复邮件；

2、当获取到注册码后，在项目中打开LICENSE_DB（DB3）；

3、通过菜单“View--->Data View”将DB块切换到数据视图模式，将获取的17位注册码填写到“Actual value”中，如图34所示。

图34输入注册码

4、将LICENSE_DB（DB3）下载到CPU中，CPU的INTF指示灯熄灭；并可通过查看MODBUSPN（FB102）的输出引脚LICENSED为true且不再报A090错误代码，确认注册码激活成功，如图35所示。

图35注册码激活成功

6. CPU集成PN口进行Modbus TCP通讯FB输出常见故障代码及处理

审核编辑：汤梓红