S7-300与Carrier冷冻机的Modbus串行通讯

1 引言

　　近年来，随着自动化水平的提高，公司正在逐步建立以西门子s7-300plc为基础的工业集中监控网络。由于目前公司有几台carrier冷冻机，其采用的是专用的通讯协议，与s7-300不兼容，plc无法采集到冷冻机的数据，导致实现集中监控系统遇到了瓶颈。

　　经咨询了解到carrier公司有自己的modbus网关，可以把其冷冻机专用协议转化为通用的modbustru串口协议，而s7-300有自己的串口通信模块cp340。所以可以采用modbus通信的方法实现s7-300对冷冻机的数据采集。

2 modbus协议简介

　　modbus协议由modicon公司开发，目前已经是工业领域全球最流行的协议之一。此协议支持传统的rs-232、rs-422、rs-485和以太网设备。许多工业设备，包括plc、dcs、智能仪表等都在使用modbus协议作为他们之间的通讯标准。

　　当在网络上通信时，modbus协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成应答并使用modbus协议发送给询问方。

　　modbus协议包括ascii、rtu、tcp等，并没有规定物理层。此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。modbus的ascii、rtu协议规定了消息、数据的结构、命令和就答的方式，数据通讯采用maser/slave方式，master端发出数据请求消息，slave端接收到正确消息后就可以发送数据到master端以响应请求。

　　modbus协议需要对数据进行校验，rtu模式采用16位crc校验，另外，modbus采用主从方式定时收发数据，在实际使用中如果某slave站点断开后（如故障或关机），master端可以诊断出来，而当故障修复后，网络又可自动接通。因此，modbus协议的可靠性较好。

3 carrier modbus rtu网关

　　3.1网关简介

　　carrier modbus网关是一种智能型基于微处理器的数据控制器，它可以作为modbus

　　slave站点，能将carrier冷冻机组转换成符合modbus

　　rtu协议提供给控制系统。它可以使carrier冷冻机组的内部运行状态参数全面被控制系统采集。

　　3.2网关设置

　　首先对网关的通信参数进行设置：波特率为9600bit/s，无校验位，1位停止位，站地址为16#b。

　　然后对需要采集的冷冻机变量及其在网关中的地址进行组态设置，其对应关系如表1所示。

4 cp340简介

　　西门子s7-300系列有支持modbus协议的通信处理器cp341，但是cp341加载modbusrtu格式通信协议必须购买软件，而且该软件价格比较高。所以我采用了普通的串口通信模块cp340，通过编写modbus主机请求报文程序，通过串口数据发送功能块把报文发送给carriermodbus网关。再通过接收数据功能块接收响应的数据，实现数据采集的功能。[page]

　　cp340有三种接口方式，包括rs232c，rs422/rs485和20ma tty接口。本例中按carriermodbus网关的要求选择了rs422/rs485接口形式。

5 cp340硬件组态

　　（1）安装驱动：安装cp340的驱动光盘，安装后可以对cp340进行硬件配置，可以调用cp340的发送、接收功能块fb3、fb2。

　　（2）新建项目：打开西门子编程软件step7，选择菜单“file”→“new”新建一个项目，在“name”中输入项目名称。

　　（3）组态s7-300站：插入一个“simatic300

　　station”，然后对硬件进行组态，按安装次序依次插入机架、电源、cpu和cp340。

　　（4）组态串行通信模块参数：双击“cp340”栏，在弹出界面中点击“parameter”按钮，进入参数化界面，选择ascii驱动，双击“protocol”栏，进入ascii参数化界面（见图1），在endid of receive message frame 栏中，选择用两个字符的间隔时间来判断报文是否结束（on expiry ofdelay time），字符延长时间为20ms。在speed格中传输速率选择9600bit/s。在“characerframe‘栏中选择数据位8位，停止位1位、无校验，与冷冻机的modbus网关设置相同。

　　（5）模式选择：进入interface界面（见图2），把操作模式选择为half duplex（rs485） two-wiremode。表示此通信运行在rs485半双工模式。

6 软件编程

　　硬件组态完成后，接下来就进行软件编程，在ob1中调用fb3发送程序块。

　　call fb 3，db22

　　req ：=m0.0

　　r ：=

　　laddr ：=256

　　db-n0 ：=10

　　len ：=8

　　done ：=

　　error ：=

　　status ：=

　　引脚说明：

　　req：发送请求，每个上升沿发送一帧数据

　　r：复位请求

　　laddr：cp340的逻辑地址（硬件组态中的地址）

　　db_no：指定发送区（db块）

　　dbb_no：指定发送区在db中的起始字节

　　len：发送字节的长度

　　done：发送完成输出一个脉冲

　　error：发送失败输出1

　　status：状态字

　　此程序的功能为，当m0.0每个上升沿的时候把数据块db10中的前8个字节的数据从cp340的通信口发出，数据内如表2所示。

　　该发送数据包内容可以解释为，请求读取站地址为16#b的通信处理器中从16#4100开始的22个寄存器中的数据。即前面提到的网关变量表中的内容。

　　图中byte7（db10.dbb6），byte8（db10.dbb8）两个字节是crc校验字，crc校验的步骤如下：

　　（1）装载16#ffff到一个16位crc寄存器；

　　（2）将crc寄存器的高8位字节与信息中的第一个8位字节相异或，结果返回到crc寄存器中；

　　（3）将crc寄存器数据向右移动一位；

　　（4）如果溢出的位等于1，则将crc寄存器与16#a001相异或，结果返回到crc寄存器中；

　　（5）如果溢出的位等于0，则重复第3步；

　　（6）重复第3、4步骤，直到已经移位了8次；

　　（7）将crc寄存器的高8位字节与信息中的下一个8位字节相异或，结果返回到crc寄存器中；

　　（8）重复第3步到第6步，直到信息中所有字节都与crc寄存器相异或，并都移位了8次；

　　（9）最后的crc寄存器中的结果即为crc校验码，最后被添加到信息（数据）的末尾（交换！低8位在前，高8位在后！）。

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　　按照以上校验步骤，编写crc校验功能子程序fc6（见表3）。

　　在ob1中调用子程序fc6，计算出db10中的crc校验值。

　　call fc 6

　　db_no ：=db10 //发送数据块

　　start_byte ：=0 //起始字节

　　length ：=6 //字节个数

　　crc_msb ：=db10.dbb6 //crc高8位

　　crc_lsb ：=db10.dbb7 //crc低8位

　　然后在ob1中调用串口数据接收功能块fb2：

　　all fb 2，db21

　　en-r ：=m0.0

　　r ：=

　　laddr ：=256

　　db-n0 ：=11

　　dbb-no ：=0

　　ndr ：=

　　error ：=

　　len ：=

　　status ：=

　　引脚说明：

　　en_r：接收使能

　　laddr：cp340的逻辑地址

　　db_no：指定接收db

　　dbb_no：指定接收db中的起始字节。

　　ndr：接收新数据输出一个脉冲

　　error：接收失败输出1

　　len：输出接收字节的长度

　　status：状态字

　　此程序的含义为，在m0.1为1的时候从cp340接收数据，并把数据存在数据块db11中。

　　之后再提取db11中的数据，得到以下冷冻机的实际运行参数值（见表4）。

7 结束语

　　本文详细阐述了如何采用modbus协议实现s7-300与冷冻机之间的数据通信。实现了异种设备之间的连接，为实现公司的集中监控目标铺平了道路。