西門子S7-1200 緊湊型PLC在當前的市場中有著廣泛的應用，作為經常與SENTRON PAC3200系列儀表共同使用的PLC，其Modbus通信協議的使用一直在市場上有著非常廣泛的應用。本文將主要介紹如何使用Modbus 通信協議來實現S7-1200與SENTRON PAC3200儀表的通信。

1．西門子SENTRON PAC3200 儀表介紹

西門子的SENTRON PAC3200多功能電力儀表是一種用于面板安裝的儀表，可用來計量、顯示配電系統多達50個測量變量，例如電壓、電流、功率、有功功率、頻率以及最大值、最小值和平均值。中文大屏幕圖形液晶顯示使用戶可遠距離讀表。PAC3200儀表如下圖所示。

圖1:儀表PAC3200

1.1 SENTRON PAC3200 MODBUS RTU通信擴展模塊介紹

PAC3200多功能儀表的本體沒有MODBUS RTU通信的功能，如果希望將PAC3200作為從站連接到MODBUS RTU網絡與主站進行數據交換必須選用外部擴展通信模塊――SENTRON PAC RS485模塊。(注意: PAC RS485 擴展模塊使用錯誤的固件版本時將不能工作
SENTRON PAC3200 電力監測設備的固件版本最低應為FWV2.0X。 較早的版本不支持
PAC RS485 擴展模塊。)該擴展模塊具有下列性能特點：
        • 可通過設備正面設置參數
        • 即插即用
        • 支持 4.8/9.6/19.2 以及 38.4 KBd 通信傳輸速率
        • 通過6針螺釘端子接線
        • 不需要外接輔助電源
        • 通過模塊上的 LED 顯示狀態

PAC3200 MODBUS RTU通信擴展模塊如下圖所示。

（1） 通信接線端子

（2） 安裝螺釘

（3） 通風口

（4） LED

圖2:PAC3200 MODBUS RTU 通信模塊

1.2 SENTRON PAC3200 MODBUS RTU通信擴展模塊的接線

SENTRON PAC3200 MODBUS RTU通信擴展模塊的接線如下圖所示

圖3:PAC3200 MODBUS RTU 通信模塊的接線圖

1. 將電纜連接到端子排上相應的螺栓端子。
2. 將電纜屏蔽層的一端連接到保護性接地PE。
3. 將信號公共端連接到保護性接地。 這樣也使得擴展模塊接地。
4. 在第一個和最后一個通信節點上，在正信號和負信號之間接入總線端接電阻器。 為
此，PAC RS485 擴展模塊中集成了一個120 Ohm 的總線端接電阻器。 如果需要其它
電阻值，請使用外部總線端接電阻器。 將它連接到第一個和最后一個通信節點。

1.3 SENTRON PAC3200 MODBUS RTU通信的方式

1．SENTRON PAC3200設備支持的功能碼如下：
 

表1: SENTRON PAC3200設備支持的功能碼

R—可讀
RW—可讀寫

2．SENTRON PAC3200 MODBUS RTU 與S7-1200進行通信
S7-1200 PLC可以通過功能代碼0x03 和0x04 訪問儀表PAC3200的被測量數據。
下表是一些PAC3200 被測量的數據。

表2: SENTRON PAC3200設備的一些被測量數據

2．西門子SENTRON PAC3200 儀表與S7-1200進行通信的接線圖

下圖是SENTRON PAC3200儀表與S7-1200進行MODBUS RTU 通信的接線圖。

圖4:S7-1200與PAC3200進行MODBUS RTU 進行通信的接線圖

3．硬件需求
S7-1200 PLC目前有3種類型的CPU：
        1）S7-1211C CPU。
        2）S7-1212C CPU。
        3）S7-1214C CPU。
這三種類型的CPU都可以使用MODBUS通信協議通過通信模塊CM1241 RS485來實現S7-1200與PAC3200儀表的通信。

本例中使用的PLC硬件為：
        1）PM1207電源 ( 6EP1 332-1SH71 )
        2） S7-1214C ( 6ES7 214 -1BE30 -0XB0 )
        3) CM1241 RS485 ( 6ES7 241 -1CH30 -0XB0 )
        4) 模擬器 ( 6ES7 274 -1XH30 -0XA0 )

本例中使用的PAC3200儀表硬件為：
        1） PAC3200 （7KM2112-0BA00-3AA0）
        2） MODBUS RTU 模塊 （7KM9300-0AB00-0AA0）
        3） MODBUS 通信電纜 ( 6XV1830-0EH10)

3．軟件需求

1) 編程軟件 Step7 Basic V10.5 ( 6ES7 822-0AA0-0YA0)

4．S7-1200 MODBUS RTU的通信方式
S7-1200作為MODBUS RTU主站的通信方式是由DATA_ADDR 和 MODE 參數來選擇 Modbus 功能類型的。
DATA_ADDR（從站中的起始 Modbus 地址）： 指定要在 Modbus 從站中訪問的數據的起始地址。MB_MASTER 使用 MODE 輸入而非功能代碼輸入。 MODE 和 Modbus 地址范圍一起確定實際 Modbus 消息中使用的功能代碼。

下表列出了 MB_MASTER 參數 MODE、Modbus 功能代碼和 Modbus 地址范圍之間的對應關系。

表3: MB_MASTER的MODBUS 功能

5．S7-1200 與PAC3200 進行MODBUS RTU的通信組態

我們通過一個實例來介紹如何在Step7 Basic V10.5 中組態S7-1214C 和PAC3200的MODBUS RTU通信。

5. 1 PLC 硬件組態

首先在Step7 Basic V10.5中建立一個項目，如圖1所示。

圖5： 新建S7 1200項目

在硬件配置中，添加CPU1214C和通信模塊CM1241 RS485模塊，如圖2所示。

圖6： S7 1200硬件配置

在CPU的屬性中，設置以太網的IP地址，建立PG與PLC的連接，如下圖所示。

圖7： S7 1200 IP地址的設置

5. 2 PAC3200參數設置
在SENTRON PAC 電力監測設備的主菜單中，調用“設置”>“RS485 模塊”，出現下面的設置畫面：

圖8： PAC3200 MODBUS RTU 通信參數的設置

1. 地址的設置范圍：1-247。本例中設為8。
2. 波特率的設置范圍：4800，9600，19200，38400。本例中設為38400。
3. 設置外部通信的數據位、奇偶校驗位及停止位：
        • 8E1=8 個數據位，奇偶校驗位為even， 1 個停止位
        • 8O1=8 個數據位，奇偶校驗位為odd， 1 個停止位
        • 8N2=8 個數據位，無奇偶校驗位， 2 個停止位
        • 8N1=8 個數據位，無奇偶校驗位， 1 個停止位
        本例中根據S7-1200 MODBUS MASTER 的參數設置為 8N1。
4. 協議的設置：可選項為：SEABUS,MODBUS RTU。
本例中設為MODBUS RTU。
5．響應時間的設置：注意與波特率的設置相匹配，本例中設為10mS。

6．S71200 與PAC3200的MODBUS RTU通信原理與編程的實現

6. 1 S7 1200 PLC與PAC3200 通過MODBUS RTU 通信的基本原理

S7 1200提供了專用的MODBUS庫進行MODBUS通信，如下圖所示：

圖9： S7 1200提供的專用MODBUS庫

西門子PLC S7-1200的模塊CM1241 RS232和CM1241 RS485都可以實現MODBUS RTU的通信，本例中采用CM1241 RS485模塊來實現與儀表PAC3200的MODBUS RTU 的通信。
S7-1200的MODBUS RTU通信的基本原理是：
首先S7-1200 PLC的程序調用一次MODBUS 庫中的功能塊MB_COMM_LOAD來組態CM1241 RS232和CM1241 RS485模塊上的端口，對端口的參數進行配置。
其次調用MODBUS 庫中的功能塊MB_MASTER或者MB_SLAVE作為MODBUS 主站或者從站與支持MODBUS協議的設備進行通信。

S7-1200 PLC作為MODUBUS 主站 與PAC3200 進行MODBUS RTU 通信的控制原理如下圖所示：

圖10：S7-1200 PLC作為MODUBUS 主站 與PAC3200 進行MODBUS RTU 通信原理

S7-1200 PLC還可以作為MODBUS子站與作為MODBUS主站之間的PLC進行MODBUS RTU通信，其控制原理如下圖所示：

圖11：S7-1200 PLC作為MODBUS子站與作為MODBUS主站之間的PLC進行MODBUS RTU的通信原理

每個S7-1200 CPU最多可帶3個通信模塊，而每個CM1241 RS485通信模塊理論上最多支持247個MODBUS子站。但是在實際應用時需要考慮CPU的性能以及輪循MODBUS子站的時間。

6. 2 S7 1200 PLC與PAC3200通過MODBUS RTU通信的編程

1．MODBUS RTU 通信接口參數的編程

MB_COMM_LOAD 功能塊用于組態點對點 (PtP, Point-to-Point) CM 1241RS485 或 CM 1241 RS232 模塊上的端口，以進行 Modbus RTU 協議通信。

程序開始運行時，調用一次MB_COMM_LOAD功能塊，來實現對MODBUS RTU模塊
的初始化組態。
MB_COMM_LOAD執行一次的編程方式采用如下圖所示時鐘位M10.0來完成。

圖12：MB_COMM_LOAD執行一次的編程時鐘位的設置

MB_COMM_LOAD功能塊的編程如下圖所示。

圖13：MB_COMM_LOAD功能塊的編程

PORT：指的是通過哪個通信模塊進行MODBUS RTU通信。
BAUD：指的是和MODBUS子站進行通信的速率。
                通信端口的波特率。取值范圍為300，600，1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，
76800，115200。
注意：儀表PAC3200的波特率的設置范圍：4800，9600，19200，38400。因此上S7-1200
            的波特率的設置一定要和儀表PAC3200的波特率的設置相一致。
MB_DB：對 MB_MASTER 或 MB_SLAVE 指令所使用的背景數據塊的引用。 在用戶程序中放置
            MB_SLAVE 或 MB_MASTER 后，DB標識符會出現在 MB_DB 功能框連接的助手下拉列表中。
            如“MB_MASTER_DB”或“MB_SLAVE_DB”。

STATUS：端口狀態代碼。具體含義如下表所示。

表4: MB_COMM_LOAD組態端口的狀態代碼

2．MODBUS_MASTER功能塊的編程

MB_MASTER 功能塊允許程序作為Modbus 主站使用點對點 (PtP, Point-to-Point) CM 1241 RS485 或 CM 1241RS232 模塊上的端口進行通信。 可訪問一個或多個 Modbus 從站設備中的數據。

MB_MASTER功能塊的編程如下圖所示。

圖14：MB_MASTER功能塊的編程

REQ：數據發送請求信號。0-無請求。1-請求將數據傳送到MODBUS從站。
MB_ADR：通信對象MODBUS從站的地址。有效地址范圍為0-247。值 0 被保留用于將消息廣播到所有 Modbus 從站。 只有Modbus 功能代碼 05、06、15 和 16 是可用于廣播的功能代碼。
注意：此處MODBUS從站的地址一定要與儀表PAC3200 的MODBUS 地址相一致。

MODE：模式選擇。選擇范圍為：讀、寫、診斷。
DATA_ADDR：從站中的起始地址： 指定要在 Modbus 從站中訪問的數據的起始地址。

特別注意的是：由于儀表PAC3200的寄存器與S7-1200 MODBUS RTU寄存器的不一致
性，讀取儀表PAC3200的DATA_ADDR的地址必須從40002開始。

注意： S7-1200的MODBUS RTU通信功能是通過使用“DATA_ADDR”和“MODE”的組合
來選擇MODBUS功能碼，如下表所示。

表5: S7-1200的MODBUS RTU通信功能碼

而儀表PAC3200 MODBUS RTU通信功能則是通過功能碼來實現的，如下表所示。

表6: 儀表PAC3200 MODBUS RTU通信功能碼

因此從上述可以得出如果需要讀取輸出寄存器的值時，需要使用模式0的03H功能，即
從寄存器40001到49999來讀取儀表的數據，但是由于儀表PAC3200的寄存器與S7-1200
MODBUS RTU寄存器的不一致性，讀取儀表PAC3200的DATA_ADDR的地址必須從40002開
始。

DATA_LEN：請求訪問數據的長度。位數或字節數。
DATA_PTR：數據指針： 指向要寫入或讀取的數據的 CPU DB 地址。 該DB 必須為
“非僅符號訪問”DB 類型。
NDR： 新數據就緒：
        •0 – 事務未完成
        •1 – 表示 MB_MASTER 指令已完成所請求的有關 Modbus從站的事務。
BUSY：忙：
        •0 – 無正在進行的 MB_MASTER 事務
        •1 – MB_MASTER 事務正在進行
ERROR：錯誤：
        •0 - 未檢測到錯誤
        •1 – 表示檢測到錯誤并且參數 STATUS 提供的錯誤代碼有效。
STATUS：狀態代碼，如下表所示。

表7: MB_MASTER 進行MODBUS RTU通信的狀態代碼

在成功地編譯下載到在S7-1200 PLC中后，可以從變量表中看到儀表PAC3200的三相相電壓數據，如下圖所示。

圖15：在S7-1200中通過MODBUS RTU通信得到的儀表PAC3200的三相相電壓數據

Modbus 主站通信規則:
● 必須先執行 MB_COMM_LOAD 組態端口，然后 MB_MASTER 指令才能與該端口通
信。
● 如果要將某個端口用于初始化 Modbus 主站的請求，則 MB_SLAVE 將不能使用該端
口。MB_MASTER 執行的一個或多個實例可使用該端口。
● Modbus 指令不使用通信中斷事件來控制通信過程。 用戶程序必須輪詢
MB_MASTER 指令以了解傳送和接收的完成情況。
● 如果用戶程序操作 Modbus 主站并使用 MB_MASTER 向從站發送請求，則用戶必須
繼續輪詢（執行 MB_MASTER）直到返回從站的響應。
● 請從同一個 OB（或 OB 優先等級）調用指定端口的所有 MB_MASTER 執行。

3．MODBUS_SLAVE功能塊的編程
由于S7-1200與PAC3200進行MODBUS RTU通信，沒有使用MODBUS_SLAVE功能塊，因此在此只作簡單介紹。
MB_SLAVE 指令允許程序作為 Modbus 從站使用點對點 (PtP, Point-to-Point) CM 1241RS485 或 CM 1241 RS232 模塊上的端口進行通信。 Modbus RTU 主站可以發出請求，然后程序通過執行 MB_SLAVE 來響應。
在程序中放置 MB_SLAVE 指令時，必須分配唯一的背景數據塊。 指定MB_COMM_LOAD 指令中的 MB_DB 參數時會用到該 MB_SLAVE 背景數據塊名稱。
Modbus 通信功能代碼（1、2、4、5 和 15）可以在 PLC 輸入過程映像及輸出過程映像中直接讀寫位和字。

圖16：MB_SLAVE 功能塊

MB_ADDR：Modbus RTU 地址（1 到 247）：Modbus 從站的站地址。
MB_HOLD_REG：指向 Modbus 保持寄存器 DB 的指針。 保持寄存器 DB 必須為典型的全局 DB。

注意：在創建此數據塊時，請不要選擇“Symbolic address only僅通過符號地址訪問”。使用“MB_SLAVE”指令時，

NDR：新數據就緒：
        •0 – 無新數據
        •1 – 表示 Modbus 主站已寫入新數據
DR：數據讀?。?br />         •0 – 無數據讀取
        •1 – 表示 Modbus 主站已讀取數據
ERROR：錯誤：
        •0 - 未檢測到錯誤
        •1 – 表示檢測到錯誤并且參數 STATUS 提供的錯誤代碼有效。
STATUS：錯誤代碼。如下表所示。

表8: MB_SLAVE 進行MODBUS RTU通信的狀態代碼