西门子PLC的“ModbusRTU通讯”和“轮询”

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。

西门子PLC的USS通信程序原来是这样编写，赶紧转发收藏

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S7-200 SMART本体集成的 RS 485 通信口可以工作在自由口模式下，支持 USS 通信协议。

S7-200 SMART 与驱动装置（变频器）进行 USS 通信时可以：

1）根据驱动装置的具体 USS 通信规范，我们自己编程实现 USS 通信。此方式可以保证该驱动装置的所有 USS 通信功能都能得到使用；

2）使用西门子提供的 USS 通信指令库，实现与 Micro Master 系列的 MM3/MM4 和 SINAMICS G110/V20 的USS 通信。此指令库只能有限地支持与其他驱动装置的 USS 连接。

使用西门子提供的 USS 指令库，这样我们就不必自己配置复杂的 PKW/PZD 数据，或者计算校验字节。

S7-200 SMART的 USS 编程主要包括如下几个步骤：

参数设置和硬件接线部分可参考我们技成培训网观看《西门子变频器参数设置和实操训练》课程的相关章节，在这不再阐述；

调用USS初始化指令

S7-200 SMART USS 标准指令库包括 USS_INIT、USS_CTRL、USS_RPM_X、USS_WPM_X等指令。调用这些指令时会自动增加一些子程序和中断服务程序。

USS 库应用首先要进行 USS 通信的初始化。使用 USS_INIT 指令初始化 USS 通信功能。

图 1. 选择 USS_INIT 指令

打开 USS 指令库分支，像调用子程序一样调用 USS_INIT 指令。

图 2. 调用 USS_INIT 指令

图中：

EN：初始化程序 USS_INIT 只需在程序中执行一个周期就能改变通信口的功能，以及进行其他一些必要的初始设置，因此可以使用 SM0.1 或者沿触发的接点调用 USS_INIT 指令；

Mode：模式选择，执行 USS_INIT 时 ，Mode 的状态决定在通讯端口上是否使用 USS 通信功能；

＝1 设置为 USS 通信协议并进行相关初始化

＝0 恢复为 PPI 协议并禁用USS通信

Baud：USS 通信波特率。此参数要和变频器的参数设置一致；

＝1200

1200 bit/s

2400 表示2400 bit/s

4800表示4800 bit/s

9600表示9600 bit/s

19200表示19200 bit/s

38400表示38400 bit/s

57600表示57600 bit/s

115200表示115200 bit/s

Port: 0 = CPU 集成的 RS485 通讯端口；=1可选CM01 信号板。

Active：此参数决定网络上的哪些 USS 从站在通信中有效。详见下面的说明；

Done：初始化完成标志

Error：初始化错误代码;对应的代码如下：

USS 库指令错误代码

错误代码

错误描述

0

无错误

1

驱动装置无响应

2

来自驱动的响应中检测到校验和错误

3

来自驱动的响应中检测到奇偶校验错误

4

用户程序干扰引起错误

5

尝试执行非法命令

6

提供了无效的驱动装置地址

7

通信口未定义为 USS 协议

8

通信口忙于处理其他指令

9

驱动装置速度设定输入值超限

10

驱动装置返回的信息长度不正确

11

驱动装置返回报文的第一个字符不正确（不是 02 h）

12

驱动装置返回的长度信息不被 USS 指令支持

13

响应的驱动装置不正确

14

提供的 DB_ Ptr 地址不正确

15

提供的参数号不正确

16

选择了错误的协议

17

USS 已激活，不能改变

18

指定了非法的波特率

19

无通信活动：驱动装置未激活

20

驱动装置返回的参数值不正确或包括错误的代码

21

请求一个字长的数据时返回了一个双字数据

22

请求一个双字长的数据时返回了一个字数据

23

端口无效

24

信号板(SB) 端口1缺失或未组态

Active参数

USS_INIT 子程序的 Active 参数用来表示网络上哪些 USS 从站要被主站访问，即在主站的轮询表中激活。网络上作为 USS 从站的驱动装置每个都有不同的 USS 协议地址，主站要访问的驱动装置，其地址必须在主站的轮询表中激活。USS_INIT 指令只用一个 32 位长的双字来映射 USS 从站有效地址表，Active 的无符号整数值就是它在指令输入端的取值。

表 1. 从站地址映射

在这个 32 位的双字中，每一位的位号表示 USS 从站的地址号；要在网络中激活某地址号的驱动装置，则需要把相应位号的位置设为二进制“1"，不需要激活 USS 从站，相应的位设置为”0"。最后对此双字取无符号整数就可以得出 Active 参数的取值。

在表 1 的例子中，如果使用站地址为 3 的 MM 440 变频器，则须在位号为 03 的位单元格中填入二进制“1"。其他不需要激活的地址 对应的位设置为”0"。取整数，计算出的 Active 值为 00000008 h，即 16#00000008，也等于十进制数 8（如图 2.中的 e.）

建议使用 16 进制数，这样可以每 4 位一组进行加权计算出 16 进制数，并组合成一个整数。当然也可以表示为十进制或二进制数值，但有时会很麻烦，而且不直观。

如果一时难以计算出有多个 USS 从站配置情况下的 Active 值，可以使用 Windows 自带的计算器。将其设置为科学计算器模式，可以方便地转换数制

调用驱动装置控制指令

USS_CTRL 指令用于对单个驱动装置进行运行控制。这个功能块利用了 USS 协议中的 PZD 数据传输，控制和反馈信号更新较快。

图3.USS_CTRL指令

在 USS 通信指令库分支中选择 USS_CTRL 指令。

EN：使用 SM0.0 使能 USS_CTRL 指令

RUN：驱动装置的启动/停止控制

＝0停止＝1运行

此停车是按照驱动装置中设置的斜坡减速指电机停止.

OFF2：停车信号 2。此信号为“1"时，驱动装置将封锁主回路输出，电机自由停车

OFF3：停车信号 3。此信号为“1”时，驱动装置将快速停车

F_ACK：故障确认。当驱动装置发生故障后，将通过状态字向 USS 主站报告；如果造成故障的原因排除，可以使用此输入端清除驱动装置的报警状态，即复位。注意这是针对驱动装置（变频器）的操作。

DIR：电机运转方向控制。其“0/1”状态决定运行方向

Drive：驱动装置在 USS 网络上的站号。从站必须先在初始化时激活才能进行控制

Type：向 USS_CTRL 功能块指示驱动装置类型

＝0表示MM3系列，或更早的产品

＝1表示MM 4 系列，SINAMICS G 110，SINAMICS V 20

Speed_SP：速度设定值。

该速度是全速的一个百分数；“Speed_SP”为负值将导致变频器反向运行。

Resp_R：从站应答确认信号。

主站从 USS 从站收到有效的数据后，此位将为“1"一个程序扫描周期，表明以下的所有数据都是最新的

Error：错误代码。0 = 无出错。其他错误代码请参考USS 库指令错误代码

Status：驱动装置的状态字。此状态字直接来自驱动装置的状态字，表示了当时的实际运行状态

详细的状态字信息意义请参考相应的驱动装置（变频器）手册。

Speed：驱动装置返回的实际运转速度值，实数。

Run_EN：运行模式反馈，表示驱动装置是运行（为 1）还是停止（为 0）

D_Dir：指示驱动装置的运转方向，反馈信号

Inhibit：驱动装置禁止状态指示（0 - 未禁止，1 - 禁止状态）。禁止状态下驱动装置无法运行。要清除禁止状态，故障位必须复位，并且 RUN, OFF2 和 OFF3 都为 0

Fault：故障指示位（0 - 无故障，1 - 有故障）。表示驱动装置处于故障状态，驱动装置上会显示故障代码（如果有显示装置）。要复位故障报警状态，必须先消除引起故障的原因，然后用 F_ACK 或者驱动装置的端子、或操作面板复位故障状态。

此 USS_CTRL 功能块使用了 PZD 数据读写机制，传输速度比较快。但由于它还是串行通信，而且还可能有多个从站需要轮询，因此无法做到“实时”响应。要实现高要求的快速通信，应该使用 PROFIBUS-DP 等网络，同时更换主站为更高级的控制器。

USS_CTRL 已经能完成基本的驱动装置控制，如果需要有更多的参数控制选项，可以选用 USS 指令库中的参数读写指令实现。

调用驱动装置参数读写指令

USS 指令库中共有 6 种参数读写功能块，分别用于读写驱动装置中不同规格的参数。

它们是：

USS 参数读写指令采用与 USS_CTRL 功能块不同的数据传输方式。由于许多驱动装置把参数读写指令用到的 PKW 数据处理作为后台任务，参数读写的速度要比控制功能块 慢一些。因此使用这些指令时需要更多的等待时间，并且在编程时要考虑到，进行相应的处理。

读参数指令

以下的程序段读取SINAMICS V20 实际频率（参数 r0021）。由于此参数是一个实数，因此选用实数型参数读功能块。

参数读写指令必须与参数的类型配合。

调用 USS_RPM_R 指令读取 SINAMICS V20 的实际频率

EN：要使能读写指令此输入端必须为 1

XMT_REQ：发送请求。必须使用一个沿检测触点以触发读操作，它前面的触发条件必须与 EN 端输入一致

Drive：要读写参数的驱动装置在 USS 网络上的地址

Param：参数号（仅数字）。此处也可以是变量

Index：参数下标。有些参数由多个带下标的参数组成一个参数组，下标用来指出具体的某个参数。对于没有下标的参数，可设置为 0

DB_Ptr：读写指令需要一个 16 字节的数据缓冲区，用间接寻址形式给出一个起始地址。此数据缓冲区与“库存储区”不同，是每个指令（功能块）各自独立需要的。

此数据缓冲区也不能与其他数据区重叠，各指令之间的数据缓冲区也不能冲突

Done：读写功能完成标志位，读写完成后置 1

Error：出错代码。0 = 无错误

Value：读出的数据值。该数据值在 “Done”位为1时有效。

EN 和 XMT_REQ 的触发条件必须同时有效，EN 必须持续到读写功能完成（Done 为 1），否则会出错。

来源：PLC发烧友，作者：技成培训网-眭相建，转载请注明出处！文章源程序可免费提供，私信回复：源程序 免费领取！ 评论处大家可以补充文章解释不对或欠缺的部分，这样下一个看到的人会学到更多，你知道的正是大家需要的。。。

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