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西门子PLC的“ModbusRTU通讯”和“轮询”

2019-11-6 12:15| 来源:电工学习网| 查看: 520| 评论: 0|来自: PLC程序猿

摘要: Modbus是PLC应用中常用的通讯手段,轮询是在进行一个控制器连接多个从站的通讯时常用的编程手段,由于ST语言在数据处理上的优势,此方法变得更为简单。下面以西门子S7 1214C PLC的ModbusRTU通讯为例,展现ST语言下的 ...
Modbus是plc应用中常用的通讯手段,轮询是在进行一个控制器连接多个从站的通讯时常用的编程手段,由于ST语言在数据处理上的优势,此方法变得更为简单。下面以西门子S7 1214C PLC的ModbusRTU通讯为例,展现ST语言下的modbus通讯和轮询。
硬件连接
要准备的硬件和软件:
1.西门子plc 1214C;
2.通讯板CB1241;
3.USB转RS485转换器;
4.Modscan2/Modsim32电脑模拟软件模拟主/从站,
5.SPU(serial port Utility),监视通讯报文。
PLC作为主站,使用软件Modsim32模拟从站,使用两芯线(最好是带屏蔽双绞线)进行连接:


硬件连接
将通讯板的AB两端与转换器的AB两端进行连接,要注意AB两端区分正负极,反接不会烧坏设备,但是无法正常通讯。
编写程序
1.设备组态
在博图软件中配置西门子PLC和通讯板。modbus通讯需要设置波特率、数据位、停止位和校验位等通讯参数,在博图中的设备组态中设置此参数,主从站设置一致即可通讯。


通讯参数
设置波特率9600,数据位8位,停止位1位,无校验,在PLC离线模式下下载硬件组态。


下载组态信息
2.调用modbus功能块
西门子的通讯一般都需要调用系统功能块,在“指令”-“通信”-“通信处理器”下可以找到modbus通讯功能块:


通讯功能块
可以看到这里提供两套modbus通讯模块,这两套都可以使用(暂不清楚具体的区别),本文选用的是下面的版本较低的模块。
新建程序段,将配置模块MB_COMM_LOAD和主站模块MB_MASTER拖入程序中:


调用功能块
功能块调用后要对必要的引脚进行赋值,各个引脚的功能可以按F1查看,建立一个DB数据块,声明一些变量连接功能块的引脚:


声明变量
上面声明了两个容量为5的字数组,用于数据的发送和接受,这个容量可以根据需求任意设置。然后将这写变量写入模块引脚:


模块赋值
配置模块MB_COMM_LOAD的触发REQ只需要在连接时触发一次啊,因此直接将系统内置的变量“firstscan”写入即可,上电后执行一次。
由于通讯的读和写都由主站模块MB_MASTER完成,因此我们对这个模块进行两次赋值,第一次实现读的功能,由modbus地址40100开始,读5个数据,写入"ModbusData".Read_Data中;第二次实现写的功能,将"ModbusData".Sent_Data中的数据写入由modbus地址40110开始的5个数据中。
程序写到这里已经可以进行通讯了,如果想要在线实验一下,可以将变量写入监控表,手动触发读写触发引脚变量,观察模块的输出状态,这里就不演示了。
3.编写轮询程序
所谓轮询就是依次询问,假设我们有3个设备作为modbus从站,从站地址(站号)依次为1,2,3,使用case语句依次对这3个设备进行读写操作,而读出和写入的数据分别存入3套不同的变量当中。


建立设备变量
使用一个结构体来描述一个设备的所有信息,包括5个状态字(states:Array[0..4] of Word)和5个控制字(ctrl:Array[0..4] of Word),将结构体声明为数量为3的数组,存放3个设备的数据。
在整个循环开始前,设定起始设备地址,然后按照“读操作触发,读数据,读设备地址+1,延时,写数据,写操作触发,写设备地址+1,延时”的顺序持续循环,按照设备地址号选择上面的结构体变量:


读操作
iStep=0时,关闭读写触发,设定读写设备地址为1;
iStep=10时,读操作触发,模块发出读数据命令,模块置位busy信号;
iStep=11时,等待读操作完成,模块读到设备数据后会置位done信号,复位busy信号,根据信号状态将读到的数据(Read_Data)写入设备数据结构体(DeviceData.states),如果设备地址=1,则写入DeviceData[1].states,设备地址变化,写入的结构体也会相应的变化,保证不同设备的数据不会互相干涉。这里加一个判断,一段时间读不到数据返回10步骤重新进行读操作。
iStep=12时,用计数的方式做一个简单的延时功能,避免因读写频率太快导致设备反应不过来。


写操作
向设备写入信息,在写入操作触发前要先将相应设备结构体中的数据(DeviceData.ctrl)写入发送数据缓存区(Sent_Data),然后再进行写操作,与读操作类似,写入完成后设备地址+1,跳转下一步骤。
运行程序
将程序编译写入后重启PLC,可以看到通讯板的指示灯已经开始闪烁,而轮询步骤iStep始终在10,11两步,证明读数据命令已经发出,但是没有接受到设备的反馈,始终在进行第一个设备的读操作。


虽然能够看到通讯灯在闪,但我们仍然不能直观的看到这个网络中的状态,这是就需要前面提到的SPU软件,监视串口网络中的报文。


监视报文
设定端口号,选择Hex数据格式,点击开始,可以看到当前网络中所有报文,根据modbus协议的规格(可以自行百度),可以判断这些报文就是plc发出的读命令。
想要读到数据必须要有从站,我们使用modsim软件模拟出3个从站:


modsim
将3个模拟从站地址分别设为1,2,3,起始modbus地址与程序设为一致:40100,长度设为20,这样读写地址都能看到。点击connection设定通讯参数(波特率,数据位,停止位,校验位与程序中设为一致)。点击确定后能后看到通讯板和转换器的接受发送指示灯开始闪烁,程序中的设备地址也在1-3中循环变化:


通讯指示灯
由于动图的帧率选的较低,会漏掉几个灯的状态。。。


变化的设备地址
监看程序中设备地址,能够看到地址在1-3之间循环变化。可惜的是modsim与SPU不能共用一个串口,看不到modsim反馈的报文了。
接下来我们在modsim中改变几个地址的值,看看PLC的设备数据结构体中能否进行相应的变化,将设备1的数据设定为:
40100设置为110,
40101设置为111,
40102设置为112,
40103设置为113,
40104设置为114,


设定数据
数据设定后在PLC的DB块中监视DeviceData的值:


读取数据
可以看到DeviceData[1].states的值已经变化(16进制),而DeviceData[2]和DeviceData[3]并没有变化。
下面进行写数据的验证,在程序中将DeviceData[2].ctrl任意赋值,然后再modsim中查看:


写入数据赋值


写入成功
可以看到modsim 3中相应地址的数据也已经变化,而其他模拟设备中并没有改变。
其他
在实际的项目中,例如变频器控制,通讯参数和数据地址一般都是设备(从站)规定好的,我们需要查阅设备手册,在程序中做相应的设置即可,通过通讯获取的数据可以有触摸屏显示出来,方便操作人员监控设备状态,也可以做一写判断,用于设备的报警等处理。

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