Modbus通信概述

Modbus 协议作为一个标准的工业协议，其最简单的串行通信部分仅规定了在串行线路的基本数据传输格式，在 OSI 七层协议模型中只到 1层和2 层。Modbus 具有两种串行传输模式，ASCII 和 RTU。它们定义了数据如何打包、解码的不同方式。支持 Modbus 协议的设备一般都支持 RTU 格式。

Modbus 是一种单主站的主/从通信模式。Modbus 网络上只能有一个主站存在，主站在 Modbus 网络上没有地址，从站的地址范围为 0 - 247，其中 0 为广播地址。 

Modbus 通信标准协议可以通过各种传输方式传播，如 RS232C、RS485、光纤、无线电等。 

详细的协议和规范，请访问 Modbus 组织的网站：http://www.modbus.org

1.1 Modbus 主站寻址

Modbus 数据区地址为五到六位数，包含了数据类型和地址值。

不同的Modbus数据区地址通过不同的功能码来读取或者写入，Modbus 数据区地址定义如下：

• 00001 至 09999 是离散量输出（线圈）

• 10001 至 19999 是离散量输入（触点）

• 30001 至 39999 是输入寄存器（通常是模拟量输入）

• 40001 至 49999 和 400001 至 465535 是保持寄存器

所有 Modbus 数据区地址均从 xxxx1 （或者xxxxx1）开始，不同的设备支持不同的数据类型和地址范围。

1.2 Modbus主站读取和写入功能

Modbus 主站指令使用 Modbus 数据区地址读取或写入Modbus数据，相应的从站设备必须要支持对应的功能码，如表1所示。

表1  Modbus数据区地址对应Modbus从站需要支持的功能码

S7 200 SMART CPU通过串行端口进行 Modbus RTU 通信，借助STEP 7‑Micro/WIN SMART软件中的库指令，简化了与 Modbus 设备的通信。

SIMATIC S7‑200 SMART

Modbus RTU 库

图1 西门子标准指令库（STEP 7-Micro/WIN SMART）

STEP 7-Micro/WIN SMART 支持主站和从站设备通过 RS 485（集成端口 0 和可选信号板端口 1）和 RS-232（jinxian可选信号板端口 1）进行 Modbus 通信， S7-200 SMART最多可以配置 2 个 Modbus RTU 主站。软件本身集成了指令库，如图1所示。

Modbus RTU 主站功能编程

调用 Modbus RTU 主站初始化和控制子程序。

图2  调用主站初始化MBUS_CTRL指令

1）使用 SM0.0 调用 MBUS_CTRL 完成主站的初始化，并启动其功能控制：

表2 MBUS_CTRL指令参数意义

2）调用Modbus RTU 主站读写子程序MBUS_MSG，发送一个Modbus请求：

图 3  调用主站读写子程序MBUS_MSG指令

表3 MBUS_MSG指令参数意义

3）库存储器分配

Modbus Master 指令库需要一个286个字节的全局 V 存储区。 

调用STEP 7 - Micro/WIN SMART指令库需要分配库指令数据区。该数据区是相应库的子程序和中断程序所要用到的变量存储空间。

如果在编程时不分配库指令数据区，编译时会产生许多相同的错误。

操作步骤：

a. 在指令树的Project（项目）中，以鼠标右键单击Program Block（程序块），在弹出的快捷菜单中选择Library Memory (库存储器…)。如图4所示：

图4 “库存储器”按钮

b. 在弹出的选项卡中设置库指令数据区，如图5所示：

图5 库存储器地址分配

注意事项

1）S7 200 SMART CPU一共支持两个 Modbus RTU 主站。如果您在项目中使用两个主站，则要确保 MBUS_CTRL/MBUS_MSG 和MB_CTRL2/ MBUS_MSG2成对使用，并采用不同的端口号做区分，如果只有一个主站则使用任意一对指令均可以。

2）S7-200 SMART CPU 支持的 Modbus 消息为每条最多 240 个字节（1920 位或 120 个寄存器）的数据。

3）通常 Modbus 协议的保持寄存器范围在 40001 到 49999 之间，这个范围对于多数应用来说已经足够了，但有些 Modbus 从站保持寄存器区的地址会超出该范围，此时主站协议库也支持400001 到 465536的地址范围，如果 Modbus 从站地址在该范围内，只需在调用 MBUS_MSG / MBUS_MSG2时给 Addr 参数赋相应的值即可，如 416768。

4）库存储器分配，可以自定义起始地址，或者使用 “建议地址” 设置数据区，但要注意应当确保该地址不与其他任何已使用的数据区重叠、冲突，这些数据区既包括一般寻址，还应该考虑间接寻址访问的地址。

5）Modbus数据区地址和S7-200 SMART存储区地址的映射举例。