西門子CP340串行通信主站的軟件實(shí)現(xiàn)

張 鋒

（保定萊特整流器股份有限公司，河北 保定 071051）

Modbus 是一種主/從串行通信協(xié)議，可分為Modbus RTU 與Modbus ASCII 兩種模式。這里僅有一臺(tái)設(shè)備（主機(jī)）可以請(qǐng)求數(shù)據(jù)交換（叫做“查詢”），而其他設(shè)備（從機(jī)）以向主機(jī)提供數(shù)據(jù)或執(zhí)行主機(jī)的查詢命令的方式對(duì)主機(jī)作出響應(yīng)。Modbus協(xié)議定義了查詢消息的格式以及從機(jī)響應(yīng)的格式，主機(jī)查詢消息包括地址、功能碼、數(shù)據(jù)以及CRC 校驗(yàn)，從機(jī)響應(yīng)消息包括地址、功能碼、數(shù)據(jù)以及CRC校驗(yàn)。如果從機(jī)在接受消息時(shí)出錯(cuò)或是從機(jī)不能執(zhí)行接收的命令，他將生成一個(gè)錯(cuò)誤信息并作為響應(yīng)發(fā)給主機(jī)。主從查詢響應(yīng)如圖1所示。

圖1 主從查詢響應(yīng)周期

設(shè)備地址在通信幀的開始部分，由8 位組成，有效的從機(jī)設(shè)備地址范圍0～247（十進(jìn)制），各從機(jī)地址的尋址范圍為1～247；信息幀功能碼告訴被尋址到的終端執(zhí)行何種功能。有效碼范圍為1～255（十進(jìn)制），有關(guān)常用功能碼的內(nèi)容見圖2；數(shù)據(jù)域包含了終端需要的數(shù)據(jù)或者響應(yīng)查詢時(shí)采集到的數(shù)據(jù)；錯(cuò)誤校驗(yàn)域是為了提高系統(tǒng)的安全性和效率，出錯(cuò)校驗(yàn)采用了16 位循環(huán)冗余的方法，即CRC 校驗(yàn)，CRC 域在信息幀的最后。

圖2 常用功能碼

1 PLC 硬件組態(tài)軟件配置

1.1 硬件組態(tài)

使用STEP7 V5.5版本（其他版本也可），雙擊SIMATIC管理器圖標(biāo)進(jìn)入SIMATIC管理器，彈出新項(xiàng)目對(duì)話框，輸入名稱，單擊“完成”按鈕。項(xiàng)目建立完成后，鼠標(biāo)單擊SIMATIC管理器左側(cè)的項(xiàng)目名稱，選擇“插入新對(duì)象”選擇“SIMATIC S7-300站”，將此項(xiàng)目下插入一個(gè)S7-300站。

圖3 新建300 站點(diǎn)

選中插入的站，SIMATIC 管理器右側(cè)將出現(xiàn)“硬件”文件，雙擊或用鼠標(biāo)右鍵選擇“打開對(duì)象”將打開“硬件組態(tài)編輯器”，如圖4在右側(cè)硬件庫(kù)中依次選擇機(jī)架RAIL，機(jī)架的1 槽放入電源模塊，2 槽放置CPU 315-2DP，3 槽被CPU 占用，4槽放置CP340 RS422/485 通信模塊。

圖4 硬件配置組態(tài)

1.2 CP340 配置參數(shù)

雙擊CP340所在的槽位，會(huì)彈出如圖5所示的對(duì)話框，左鍵點(diǎn)擊“參數(shù)”按鈕，配置模塊。左鍵雙擊protocol，如圖6，ASCII 選項(xiàng)卡下面部分設(shè)置模塊通信參數(shù)波特率9600，數(shù)據(jù)位8，停止位1，無校驗(yàn)位；對(duì)話框最后一個(gè)選項(xiàng)通信線路電氣接口特性（如圖7），選擇RS485兩線半雙工通信。設(shè)置完畢點(diǎn)擊確定。在硬件組態(tài)界面，點(diǎn)擊保存和編譯。下載組態(tài)到PLC。

圖5 CP340 模塊屬性

1.3 軟件程序編寫

新建FB100 程序塊，為了方便編寫程序?qū)崿F(xiàn)功能，使用STL 語(yǔ)言，編寫通信程序，在接口部分建立數(shù)據(jù)對(duì)象，包括但不限于使能位、從機(jī)地址、功能碼、參考地址、數(shù)據(jù)數(shù)量、數(shù)據(jù)映像區(qū)，故障位、故障代碼、超時(shí)連接時(shí)間（如圖8）。然后建立FB程序塊的背景數(shù)據(jù)塊DB100。

圖6 Protocol 配置ASCII

圖7 Protocol 配置Interface

圖8 數(shù)據(jù)對(duì)象

建立好數(shù)據(jù)對(duì)象后，新建程序段1，主站要對(duì)進(jìn)行從站通信的各站進(jìn)行初始化，發(fā)收信息命令，使用STL 編寫。

QDFS 位控制西門子PLC 自帶發(fā)送程序塊FB2發(fā)送數(shù)據(jù)。QDJS 控制FB3 接收數(shù)據(jù)；接收段程序同樣檢測(cè)從機(jī)站號(hào)、功能碼、數(shù)據(jù)和校驗(yàn)碼；校驗(yàn)采用CRC16 校驗(yàn)方式。

2 軟件流程圖

主程序設(shè)計(jì)流程圖如圖10 所示。

3 通信測(cè)試

圖9 發(fā)送數(shù)據(jù)程序代碼

圖10 主程序流程圖

使用Modsim32 調(diào)試軟件，連接串口轉(zhuǎn)485，485線雙線連接CP340 模塊通信端口，在軟件中新建仿真文件1，connection 選擇計(jì)算機(jī)中對(duì)應(yīng)端口，建立通信，device ID 設(shè)置從機(jī)站號(hào)，起始地址以及數(shù)據(jù) 長(zhǎng)度。指示燈閃爍正常。在PLC 程序中新建程序塊FC10，以及通信測(cè)試數(shù)據(jù)塊DB10 進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試。在仿真文件寄存器 40001-40010 中寫入數(shù)據(jù)，在DB10.DBW0-DB10.DBW18 地址中可以收到仿真文件中寫入的數(shù)據(jù)；主站讀從站數(shù)據(jù)正常；在DB20.DBW0-DB10.DBW38 中強(qiáng)制寫入數(shù)據(jù)，從仿真文件寄存器40011-40020 中可以收到主站發(fā)送數(shù)據(jù)；測(cè)試結(jié)果正常（圖11）。

圖11 仿真文件

4 結(jié)論

本文在Modbus協(xié)議的規(guī)則基礎(chǔ)上，運(yùn)用西門子PLC軟件，使用STL語(yǔ)言編寫適用于CP340模塊的Modbus主站通信程序，通過調(diào)試實(shí)現(xiàn)Modbus通信協(xié)議的主站功能。運(yùn)用主機(jī)輪詢機(jī)制，保證每一個(gè)從設(shè)備的信息能夠及時(shí)的發(fā)送到主站進(jìn)行分析處理。省去了昂貴CP341+DOUGLE費(fèi)用，程序編寫靈活，重復(fù)利用率高，可在工程中廣闊應(yīng)用。

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[2] 邊春元,任雙燕,滿永奎,等.S7-300/400 PLC 實(shí)用開發(fā)指南[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

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