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西门子串行通信（PTP通信）的MODBUS 协议

串行通信概述

  在工业控制系统中，某些现场的控制设备和智能仪表没有标准的现场总线接口，只有串行通信接口。它们往往使用厂家定义的非标准的通信协议，有的使用Modbus协议。

  串行通信又称为点对点(Point to Point)通信，简称为PtP通信。串行通信用于S7PLC和带有串行通信接口的设备(例如计算机、打印机、条形码阅读器、机器人控制系统、扫描仪等)之间传输数据。

  1.西门子的串行通信协议

  串行通信主要用来与非西门子设备通信。S7-300/400 的串行通信可以使用的通信协议主要有ASCIIdriver、3964(R)和RK512。它们在7层OSI参考模型中的位置如图15-1所示。

图15-1 PtP协议在OSI参考模型中的位置

  ASCII driver只使用7层OSI模型中的物理层，用于控制CPU和一个通信伙伴之间的串行连接的数据传输，ASCIIdriver可以发送和接收开放式的数据(所有可以打印的ASCII字符)，提供一种开放式的报文帧结构。ASCII driver可以用结束字符、帧的长度和字符延迟时间作为报文帧结束的判据。接收方必须在组态时设置一个报文帧的结束判据。

  国内极少有人使用3964(R)和RK512协议，中国期刊网几乎没有有关的文章，本节主要介绍ASCII driver。

  2.MODBUS协议

  Modbus 是一种基于串口的通信协议，在工业控制中得到了较为广泛的使用。Modbus协议是一个主-从协议，采用请求-响应方式，主站发出带有从站地址的请求报文，具有该地址的从站接收到后发出响应报文进行应答。Modbus协议有ASCII和RTU(远程终端单元)这两种报文传输模式。

  3.串行通信处理器

  (1)CPU31xC-2PtP集成的串行通信接口

  CPU313-2PtP 和314C-2PtP有一个集成的RS422/485通信接口，可以使用ASCII和3964(R)通信协议CPU314C-2PtP还可以使用RK512协议。其他没有集成PtP串口的CPU的串行通信需要使用CP340、CP341、CP440和CP 441通信处理器模块。

  (2)CP340通信处理器

  CP340通信处理器是串行通信较经济的解决方案，用于S7-300和ET200M(S7CPU作为主站)的串行通信，它有一个通信接口，有4种不同的型号。一种模块的通信接口为RS-232C，可以使用通信协议ASCII和3964(R)。3种模块的通信接口分别为RS-232C、20mA(TTY，国内很少使用)和RS-422/RS-485，可以使用的通信协议增加了打印机驱动程序。所有的串行通信CP模块都可以使用与变频器通信的USS协议。可以在随书光盘CP的用户手册的附录中，查阅CP的RS-232C和RS-422/485连接器的针脚定义，和通信接口的接线图。

  (3)CP341通信处理器

  CP341有一个通信接口，有3种不同的型号，分别采用不同的通信接口。可以使用的通信协议包括ASCII、3964(R)、RS512协议。

  通过安装相应的软件和插在CP模块上的硬件加密狗，CP341和CP441可以使用下列客户协议ModbusRTU主站协议、Modbus RTU从站协议和 Data Highway 协议。Modbus RTU协议只能在价格较高的CP341和CP441-2上使用，并且需要为ModbusRTU协议单独付费，使用成本较高。

  S7-200集成了Modbus RTU主站协议和RTU从站协议，用S7-200来实现Modbus RTU协议要经济得多。用MPI接口和X_PUT、X_GET来实现S7-200和S7-300/400之间的通信(见14.4节)，不需要增加额外的开支。作者编写的《PLC编程及应用(第3版)》详细介绍了S7-200使用Modbus RTU主站协议和RTU从站协议进行通信的方法。

  (4)CP440串行通信处理器

  CP440的物理接口为RS-422/RS-485。*多32个节点，*高传输速率为115.2kbit/s，通信距离*长1200m。可以使用的通信协议为ASCII和3964(R)。

  (5)CP441-1/CP441-2串行通信处理器

  CP441-1可以插入一块分别带一个20mA(TTY)、RS-232C或RS-422/485接口的IF963子模块。可以使用的通信协议有ASCII、3964(R)和打印机驱动程序。

  CP441-2可以插入两块IF963子模块，可以使用的通信协议与CP341相同。

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西门子PRODAVE通信软件读写PLC字节函数

1. PRODAVE简介

  PLC具有极高的可靠性，一般用来执行现场的控制任务，它的人机接口功能较差。

  PLC与个人计算机(PC)通过通信连接起来，用PC作为上位计算机，实现系统的监控、人机接口，以及与上一级网络(例如工业以太网)的通信等功能，可以使二者的优势互补，组成一个功能强、可靠性高、成本低的控制系统。在工业控制系统中，PC与PLC之间的通信是*常见和*重要的通信之一。

  实现计算机与PLC通信*简便的方法是使用计算机上运行的组态软件，例如西门子公司的WinCC或国产的组态软件。组态软件与现场设备(例如PLC)之间的通信程序是由组态软件生产厂家开发的，用户只需要设置一些通信参数，就可以实现上位计算机与现场设备之间的通信，通信的双方都不需要编写通信程序。每个系统都需要购买组态软件，费用较高。有的组态软件不能满足用户的某些特殊要求。

  S7-300400的MPI(多点接口)和S7-200的PPI(点对点接口)用于西门子公司控制产品之间的通信，例如安装在PC上的STEP7编程软件与PLC之间的通信，这些通信协议均未公开。

  PRODAVE是用于PC与S7系列PLC之间的数据链接通信的工具箱，可以用于S7-200、S7-300400、M7和C7等西门子PLC。通过下列硬件，可以在S7PLC与PC之间方便地建立数据链接(见图14-59)：

  1)用于PC的MPI通信处理器，例如CP5511、CP5611和CP5613，通信速率*高12Mbits。

  2)用于S7-300400的PCMPI适配器或USBMPI适配器。

  3)用于S7-200的PCPPI编程电缆。

图14-59 PC与PLC的连接方式

  用PRODAVE来实现上位计算机与S7系列PLC的通信是很方便的。PRODAVE的动态链接库(DLL)提供了大量的基于Windows操作系统的DDL函数，供用户解决PLC与PC之间的数据交换和数据处理问题。可以在VB或VC等编程环境中调用这些函数，来建立或断开通信连接，读写CPU的系统存储器，方便地实现计算机与S7-300400的点对点通信。

  PRODAVE有以下特点：

  1)使用简单方便，编程人员不需要熟悉复杂的通信协议，通过调用PRODAVE提供的动态链接库(DLL)中的函数就可以实现通信。

  2)上位计算机用通信函数直接读写PLC中的数据，不用编写PLC的通信程序。

  3)如果使用PCMPI适配器或用于PC的通信处理器作通信接口，它们还可以兼作编程软件与PLC的通信接口。

  PRODAVE的使用方法可以参阅随书光盘中的有关用户手册。

  PRODAVE的函数分为基本函数、数据处理函数和电话服务函数(TeleService Functions)。

  基本函数用于建立、断开和激活PC与PLC的连接，以及读、写PLC中的各种数据。数据处理函数用于PC中用户数据的转换和处理，与PC和PLC之间的通信没有直接的关系。电话服务函数用于PC通过电话线与PLC建立连接，本节主要介绍基本函数。

  2.建立与断开连接的函数

  1)load_tool用于建立上位机与PLC的连接，初始化适配器，检查是否安装了驱动程序，初始化参数地址，激活选中的通信接口。

  2)unload_tool用于在通信结束时断开PC与PLC的连接，否则可能引起上位机死机，或者造成上位机系统的异常状况。

  3)new_ss用来激活PLC与PGPC的连接，也可以用它来重新建立已经关闭的连接。如果只有一个连接，不必使用new_ss函数。

  3.读取PLC字节的函数

  函数X_field_read用于读取PLC的X地址区中从地址no开始的amount个字节的数据，将它们存放在PC的数组变量value中。其中的X可取e(输入I)、a(输出Q)和m(位存储器M)。e和a是德语的缩写。

  4.写PLC字节的函数

  这类函数将存放在PC的数组变量value中的数据写入PLC的X地址区从地址no开始的amount个字节中，X可以取a和m。

  5.读写数据块的函数

  1)d_field_read读取PLC的db数据块中从地址no开始的amount个字节的数据，将它们存放在PC的数组变量value中。

  2)d_field_write将存放在PC的数组变量value中的amount个字节的数据，写入PLC的db数据块中从地址no开始的区域。

  3)db_readwrite 函数中各变量的意义与d_field_readwrite的类似，区别在于amount以字为单位。

  6.读定时器计数器字

  X_field_read 读取从地址 no 开始的 amount个定时器或计数器的当前值，将它们存放在PC的数组变量value中。X可以取t(定时器)和z(计数器)。z是德语的缩写。

  7.写计数器字

  z_field_write 将存放在PC的数组变量value 中的 amount个字的数据，写入PLC从地址no开始的的计数器区，改写的是计数器的当前值。

  8.读写混合数据

  mix_read*多可以读取PLC的20个数据，mix_write*多可以向PLC写20个数据。需要指明每个数据的地址区类型、长度(字节或字)和地址。

  9.标志状态测试

  mb_bittest检测PLC内地址为no的标志(即位存储器)字节MB中的第bitno位。返回值value与该位的01状态相同。

  10.置位复位标志

  mb_setbit和mb_resetbit分别将PLC中地址为no的MB的第bitno位置位和复位。

  11.其他通信函数

  ag_info用于读取PLC的信息，ag_zustand用于读取PLC的状态，db_buch用于检测某数据块是否存在。

  12.数据处理函数

  PRODAVE为了方便用户，在komfort.dll中还提供了与通信无关的数据处理函数，例如位数据与字节数据的转换函数，浮点数格式转换函数，高低字节交换函数，位测试函数和错误信息函数等。

  作者曾在某水电站控制系统中将PRODAVE用于S7-300与上位计算机的通信。

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