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。

0401 【万泉河】征集需要做MODBUS轮询编程的PLC型号和配置

0401 【万泉河】征集需要做MODBUS轮询编程的PLC型号和配置

MODBUS是一种报文全公开的通讯协议（包括RTU和TCP）。

所以在PLC行业目前实现MODBUS协议主要有两大流派。

把MODBUS当成自由口通讯中的一种特殊的自由口通讯协议，需要在PLC中编程实现通讯功能。把MODBUS当成总线协议的一种，只需要在组态时配置好站点参数和要访问的数据区，这些MODBUS数据就自然被映射到PLC的I/Q了。程序逻辑中可以直接使用，而无需再做任何编程工作。

其中后者主要是一些新兴PLC系统提供的功能，比如ANYCONTROL和CODESYS中的某些新品牌（倍福等旧品牌还不行）。

把MODBUS当作自由口通讯功能的主要是一些传统PLC品牌， 如西门子，三菱，倍福等等。 这些品牌中有时候虽然PLC的软件平台会提供一些封装的通讯函数，然而只是实现对一个报文问答的通讯，而对于一条总线上通常有多个通讯站点，从站或者服务器，对这些站点的通讯不能同时进行， 所以需要规划轮询策略。

比如，一些网络文章，会详细介绍通讯实现包括硬件接线的方法，然而对轮询策略通常尚未提及。 比如有按照定时轮询或者按照完成位触发下一个站点的访问。

但都是存在很大问题的。 前者在站点数量比较多的时候，整个周期就拉长了。 数据刷新时间会被拉长到无可忍受。 而后者，在个别站断电不在线时，会连续超时，而当设备运行久了， 有大量站点被永远关停之后， 整个通讯系统也就变得非常糟糕也同样不可忍受了。

所以是需要做轮询策略优化的。 比如，坏站要从轮询队列中排除，一些不重要的数据采集站，也要降低访问频次，以把更多的访问机会留给更重要的需要及时响应的数据。

那些网络文章只是简单实现了通讯功能的作者，可能都还没有来得及认识到轮询策略的重要性，或者还没有精力时间去完善这一点。

前几天我的文章《0329 【万泉河】天花板级标准化封装的MODBUS RTU程序》发出后， 就有批评者评价说，MODBUS是最简单的入门级的应用，只要入门一两年的PLC工程师，都会用了。 还搞什么GML库， 纯粹是骗小白。

我说，有这种认知的，才是还没入门或者刚刚入门的小白， 还没有吃过MODBUS的苦，没有认识到优化通讯功能，以及提高调试效率的重要性。 我给了一个比喻：

如果你入行10年，10年后所写的MODBUS通讯程序和10年前写的基本相同，没有两样，或者你10年前调试一套N个站点的MODBUS通讯网络系统，和10年后调试同样规模的系统，花费的时间一样多，那说明:__________________。

答案会是你在10年前刚入门的时候就登峰造极达到天花板的顶点了吗？肯定不会。 反而更应该说明了你10年没有进步。 这才大概率是那些喷子们的真相。

不信大家还可以思考个具体的问题， 是一位前来购买GML的用户提出来的。 他的问题是问我，有没有实现MODBUS通讯任务中的“写”优先？

我的回答是没有，以前从来没有人跟我提及过，我自己的项目应用也从来没有过这样的需求，所以我从来没想过。 但我承诺他，我会在稍后思考完善“写优先”的策略后，对现有的GML V4.0进行升级，并把升级后的版本V5.0分发给所有的买家们。

如果有人吹牛他20年前就已经登峰造极了， 那回答我一个问题，在写优先的策略下，如果某个站的设定数据连续不停的修改，需要写入更新， 那么同网络上的那些读的站，是不是会永远不会被读取，永远得不到刷新了？该如何避免？

GML现在发布了2个版本，分别是TIA PORTAL版本的GML，以及SMART 200的GML。发布后发现还是蛮受欢迎的。 说明同行们还是深受MODBUS编程之苦了。

那么，我计划把GML的产线系列拓展开， 用同样的实现方法拓展移植到其它需要的品牌平台。 现在征集这些品牌的型号和配置。

比如谁现在用的某个品牌的MODBUS通讯，深受其苦，每次做项目都要在其上耗费大量时间和精力，那么可以提交给我，我来做封装完成。

你需要做的是：

搞一套完整的硬件配置，借给我或者二手价格卖给我。提供传统MODBUS通讯实现的例程给我，我在做不通的时候要有能力帮助我。

然后我做成之后，可以免费或者以第一优惠的价格把这个版本的GML库交给你。 具体细节可以私下沟通。

有不少人在跟我沟通GML时，还问到了MODBUS之外的自由口协议通讯的问题，能不能用同样的方法实现，我的回答：可以的。只需要把库函数中调用的原装的MODBUS通讯块替换为自由口通讯的库通讯块即可。 当然，也还需要不小的调试工作量。 如果有人有需要，也可以在留言中提出来。

谈一下GML库与西门子以及其它传统厂商平台的关系。

已经有多个案例，项目中需要有较多的MODBUS通讯需求，设计者因为头疼西门子PLC中编程麻烦而选用了更好用的新势力PLC产品了。 因为不再需要花费时间编程，只需要简单配置就能实现， 那效率的提高，足以令其放弃原本爱不释手的TIA PORTAL软件平台。

所以我做的GML是在降低在西门子或者其他传统平台中优雅实现MODBUS通讯的门槛，所以从更广泛意义上，是在帮助西门子。

能做这些， 我还是挺骄傲的。

参考文章：

0329 【万泉河】天花板级标准化封装的MODBUS RTU程序

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