Modbus RTU V4 及以上版本新功能

Modbus RTU V4 及以上版本新功能介绍

TIA Portal V15 版本开始，Modbus （RTU）指令集更新到 V4.0 及以上版本：

注意：S7-1200 固件至少需要 V4.2 版本

以 V16 为例，如图 1 所示，Modbus （RTU）指令集为 V4.4 版本。

图 1. Modbus RTU V4 指令集

V4 版本的 Modbus RTU 指令有以下重要功能的更新。

Modbus_Master 指令变化：

• DATA_PTR 接口的 DB 可以支持"优化块访问"

Modbus_Slave 指令变化：

• MB_HOLD_REG 接口的 DB 可以支持"优化块访问"
• 可以选择对输入输出过程映像区的读访问限制
• 可以自定义访问 DB 中的数据区域，而不是默认的 IQ 区与 MB_HOLD_REG

本文档仅介绍相比指令集 V3.0 基础功能的新变化。

优化块的支持

DATA_PTR 参数指向要写入或读取的 DB 或 M 地址。如果使用数据块，则必须创建一个全局数据块为读写 Modbus 从站提供数据存储位置。

自指令版本 V4.0 起：

该参数可以指向优化的 DB 数据块，在优化数据块中，允许使用以下数据类型的单个元素或者数组：Bool、Byte、Char、Word、Int、DWord、DInt、Real、USInt、UInt、UDInt、SInt或 WChar。

MB_HOLD_REG 指向 Modbus RTU 保持寄存器，可以是 M 存储区或者 DB 数据块。

自指令版本 V4.0 起：

该参数可以指向优化的 DB 数据块，在优化数据块中，允许使用以下数据类型的单个元素或者数组：Bool、Byte、Char、Word、Int、DWord、DInt、Real、USInt、UInt、UDInt、SInt 或 WChar。

例：使用 TIA Portal V16，CPU1215C 配置 CM1241 RS422/485 模块作为 Modbus RTU 主站，CPU1215C 配置 CM1241 RS422/485 模块作为 Modbus RTU 从站

CPU1215C 在 OB1 中编写 Modbus 主站的程序，创建优化 DB 数据块 DB3-Master，DATA_PTR 填写该优化的 DB 块区域：

图 2. CPU1215C 主站 Modbus 编程

图 3. 优化的数据块 DB3-Master

CPU1214C 在 OB1 中编写 Modbus 从站的程序，创建优化的 DB 数据块 DB8，MB_HOLD_REG 填写该优化的 DB 块区域：

图 4. CPU1214C 从站 Modbus 编程

图 5. 优化的数据块 DB8

主站 Master 的 REQ 管脚触发，主站读取从站的保持性寄存器 40001，长度为 5 个字，读取结果如图 6 所示：

图 6. 主站 Master 读取到的数据

Modbus Slave 指令的使用

Modbus_Slave V4 背景 DB 的数据内容

如图 7 所示：

图 7. Modbus_Slave V4 背景数据块

用户程序可以修改图 7 中圈出的变量：

红色为 Modbus RTU V4 指令集中 Modbus_Slave 增加的变量，要求的版本是 TIA PORTAL V15 及其以上，CPU版本 V4.2 及其以上

• QB_Read_Start
• QB_Read_Count
• IB_Read_Start
• IB_Read_Count
• Data_Area_Array

黑色为 Modbus_Slave V3 指令集中 Modbus_Slave V3 增加的变量，要求的版本是 TIA PORTAL V14SP1 及其以上，CPU版本 V4.1.1 及其以上

• QB_Start
• QB_Count

蓝色为 Modbus_Slave V3 指令集中 Modbus_Slave V2 的变量（即初始版本），要求的版本是 TIA PORTAL V13SP1 及其以上，CPU版本 V4.1.1 以及其上

• HR_Start_Offset
• Extended_Addressing

下面将介绍这些可修改变量

过程映像读写访问限制

过程映像中写入区域的定义：

QB_Start：CPU 可写入的输出字节的起始地址

QB_Count：CPU 可写入的输出字节的字节数。如果 QB_Count = 0，则 CPU 的输出字节均无法写入。

默认是 QB_Start 为 0，QB_Count 为65535，即所有输出字节区域均可以写访问。

示例：要想只允许 QB10 到 QB17 可写入，则 QB_Start = 10且 QB_Count = 8。

过程映像中读取区域的定义：

QB_Read_Start：CPU 可读取的输出字节的起始地址

QB_Read_Count：CPU 可读取的输出字节的字节数。如果 QB_Read_Count = 0，则 CPU 的输出字节均无法读取。

默认是 QB_Read_Start 为 0，QB_Read_Count 为 65535，即所有输出字节区域均可以读访问。

示例：要想只允许 QB10 到 QB17 可读取，则 QB_Read_Start = 10 且 QB_Read_Count = 8。

IB_Read_Start：CPU 可读取的输入字节的起始地址

IB_Read_Count：CPU 可读取的输入字节的字节数。如果 IB_Read_Count = 0，CPU 的输入字节均无法读取。

默认是 IB_Read_Start 为 0，IB_Read_Count 为 65535，即所有输入字节区域均可以读访问。

示例：要想只允许 IB10 到 IB17 可读取，则 IB_Read_Start = 10 且 IB_Read_Count = 8。

访问数据块中的数据区域，而不是直接访问 Modbus 地址

Modbus_Slave 指令版本 V4.0 以及 S7-1200 CPU 固件版本 V4.2 起，用户可访问数据块中的数据区域，而不用直接访问过程映像和保持寄存器。为此，在全局 DB 属性页中，必须取消选中"仅存储在装载存储器中和"优化块访问复选框。

如果 MODBUS 请求到达时，尚未定义相应功能代码的 MODBUS 数据类型的数据区域，请求会按之前的指令版本处理，即直接访问过程映像和保持性寄存器。

如果 MODBUS 请求到达时，已定义功能代码的 MODBUS 数据类型的数据区域，则 Modbus_Slave 指令会对此数据区域执行读写操作。具体是读操作还是写操作取决于作业类型。

单个 MODBUS 请求只能对一个数据区域进行读写操作。如果要读取覆盖多个数据区域的保持性寄存器，则需要多个 MODBUS 请求。

数据区域的定义规则如下：

• 最多可以定义 8 个数据区，位于 Data_Area_Array[1..8] 中。
• 数据区数组元素定义必须连续，如果中间某数组元素定义无效，则后面的区域不生效。
• 如果在数据区定义了保持寄存器，则 MB_HOLD_REG 映射失效，如果在数据区定义了过程映像输出，则对应的 Q 区映射失效，如果在数据区定义了过程映像输入，则对应的 I 区映射失效，如果在数据区定义了输入寄存器，则对应的 AI 区映射失效。也就是说，如果在数据区内没有定义哪个区域，则原有的映射依然保留。
• 单个 MODBUS 请求只能对恰好一个数据区域进行读写操作。
• 每个字段元素 Data_Area_Array[x]（其中 1 <= x <= 8）都是 MB_DataArea 类型的 UDT，结构参见表 1：

表 1. Data_Area_Array 数组的元素及其含义

本例中，使用 TIA Portal V16，CPU1215C 配置 CM1241 RS422/485 模块作为 Modbus RTU 主站，CPU1214C 配置 CM1241 RS422/485 模块作为 Modbus RTU 从站，主站访问从站的数据块中的数据区域：

主站配置：在 OB1 中，拖入 Modbus_Comm_Load 指令和 Modbus_Master 指令，MODE=0，DATA_ADDR=40006，DATA_LEN=5，如图 8 所示：

图 8. 主站调用 Master 指令

从站配置：在 OB1 中，拖入 Modbus_Comm_Load 指令和 Modbus_Slave 指令，参考图 4 所示：

从站的背景 DB 中 Data_Area_Array 进行如图 9 所示配置：

图 9. CPU1214C Modbus_Slave 背景 DB 中 Data_Area_Array

Data_Area_Array[1]:data_type = 3，db = 3，start = 0，length = 5,，即 DB3.DBW0-DB3.DBW8 对应 40001-40005。

Data_Area_Array[2]:data_type = 3，db = 4，start = 5，length = 5,，即 DB4.DBW0-DB4.DBW8 对应 40006-40010。

Data_Area_Array[3]:data_type = 3，db = 5，start = 10，length = 5,，即 DB5.DBW0-DB5.DBW8 对应 40011-40015。

Data_Area_Array[4]:data_type = 0，db = 0，start = 0，length = 0。

Data_Area_Array[5]:data_type = 3，db = 6，start = 15，length = 5，即 DB6.DBW0-DB6.DBW8 对应 40016-40020，由于 Data_Area_Array[4] 参数为空，所以 Data_Area_Array[5] 参数失效。

在 CPU1214C 创建 4 个非优化 DB 块，DB3/DB4/DB5/DB6，如图 10 所示：

图 10.CPU1214C 创建数据块

CPU1215C 的 Master 块读取 40006-40010 地址，对应 CPU1214C 的 DB4 块中的 DB4.DBW0-DB4.DBW8 内容，Master 块读取到内容如图 11 所示：

图 11. 主站 CPU 读取到的数据

如果主站 Master 读取从站 Modbus 地址 40016，数据长度 5，如图 12 所示：

图 12. 主站调用 Master 指令

由于从站 CPU1214C 没有 40016-40020 地址对应的数据区域，所以 Master 指令执行之后报错，如图 13 所示：

16#8383：请求帧中的数据地址无效。.

图 13. Master 指令执行报错

HR_Start_Offset

HR_Start_Offset 用于指定 Modbus 保持寄存器的起始地址，存储在 Modbus_Slave 背景数据块中，默认是 0。

Modbus 保持寄存器地址从 40001 或 400001 开始。这些地址与保持寄存器的 PLC 存储器起始地址对应。通过组态"HR_Start_Offset"变量，可以将 Modbus 保持寄存器的起始地址定义为除 40001 或 400001 之外的其它值。

例如，如果保持寄存器被组态为起始于 MW100 并且长度为 100 个字（即 MB_HOLD_REG 设置为 P#M100.0 WORD 100）。偏移量 20 可指定保持寄存器的起始地址为 40021 而不是 40001。低于 40021 和高于 40120 的任何地址都将导致寻址错误。

例如，将 Modbus_Slave 放入程序段后，可以切换到先前的程序段，分配 HR_Start_Offset 值。该值必须在执行 Modbus_Slave 前分配，如图 14 所示：

图 14. 从站的 Slave 编程

使用 Data_Area_Array 修改保持寄存器区域，不建议修改 HR_Start_Offset。

Extended_Addressing

Modbus 从站寻址可组态为单字节（Modbus 标准方式）或双字节。扩展寻址用于对单一网络内地址超过 247 进行寻址。选择扩展寻址后，最多可以对 65535 个地址进行寻址。

Extended_Addressing 为 FALSE（默认设置）：1 字节地址，地址范围 0 到 247。

Extended_Addressing 为 TRUE：2 字节地址，地址范围 0 到 65535。

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